Évaluation de la cognition sociale chez les primates non-humains utilisant un réseau de dispositif d'apprentissage informatisé Automated Systems (ALDM) essai

Résumé

Fagot & Paleressompoulle ¹ ont publié un dispositif d'apprentissage automatisé (ALDM) visant à tester les capacités cognitives individuelles chez les singes allant semi-libres. L'objectif principal de notre protocole est d'utiliser un réseau de ALDM unités de test pour étudier la cognition sociale chez les primates non-humains.

Résumé

Fagot & Paleressompoulle ¹ et Fagot & Bonte ² ont publié un dispositif d'apprentissage automatisé (ALDM) pour l'étude des capacités cognitives des singes maintenus dans des conditions allant semi-libres. Les données accumulées au cours des cinq dernières années ont constamment démontré l'efficacité de ce protocole d'enquêter sur la cognition physique / personne chez les singes, et ont en outre montré que cette procédure réduit le niveau de stress pendant l'expérimentation animale ^3. Ce document démontre que les réseaux de ALDM peuvent également être utilisées pour étudier les différentes facettes de la cognition sociale et en groupe comportements chez les singes ont exprimé, et décrit trois protocoles d'illustration développés à cette fin. La première étude démontre comment les évaluations éthologiques de comportement social et évaluations informatisées des performances cognitives pourraient être intégrées à étudier les effets des humeurs exposées socialement sur les performances cognitives des individus. La deuxième study montre que les batteries de ALDM fonctionnant en parallèle peuvent fournir des informations uniques sur l'influence de la présence d'autres sur l'exécution des tâches. Enfin, la dernière étude montre que les réseaux de ALDM unités de test peuvent également être utilisés pour étudier les questions liées à la transmission sociale et l'évolution culturelle. Combinés ensemble, ces trois études démontrent clairement que les tests de ALDM est un outil expérimental prometteur pour combler le fossé dans la littérature des animaux entre la recherche sur la cognition individuelle et la recherche sur la cognition sociale.

Introduction

Les enquêtes de laboratoire expérimental de la cognition des primates ont presque systématiquement favorisé le test des animaux isolés ^4, en fonction de la question abordée. Cette procédure de laboratoire classique a démontré son efficacité, et la plupart de nos connaissances sur des questions telles que la perception, la mémoire, le raisonnement et la conceptualisation abstraite vient de l'épreuve de sujets isolés. Test individus isolés transporte de nombreux avantages pratiques; cette approche facilite modèles expérimentaux complexes combinés avec des mesures très rigoureuses (par exemple, le calendrier msec) du comportement qui seraient autrement inaccessibles. Toutefois, cette procédure a aussi ses limites, quand il vient à l'étude des influences sociales sur la cognition en particulier. Les chercheurs sont souvent obligés de quitter l'environnement de laboratoire sophistiqué en faveur de grands enclos ou des contextes sauvages lorsque leur étude implique des interactions sociales entre les individus. Ce choix a un coût car il est mueh plus difficile de contrôler les facteurs expérimentaux et à mesurer les effets avec le même niveau de précision à l'extérieur du laboratoire. Comprendre comment les interactions sociales réelle influence de la cognition est l'un des défis scientifiques les plus difficiles chez les humains et les primates non humains.

Le présent document présente un nouveau protocole expérimental visant à atténuer cette difficulté générale d'enquêter sur la cognition sociale en laboratoire primates non humains fondées. Fagot & Paleressompoulle ¹ et Fagot & Bonte ² ont récemment publié un dispositif d'apprentissage automatisé (ALDM) pour l'évaluation des capacités cognitives des singes élevés dans des conditions semi-libres. Cette méthode combine les techniques de conditionnement opérant traditionnellement utilisés dans les laboratoires avec une identification (RFID) de Fréquence Radio. Dans la pratique, des singes vivant dans leur groupe social ont un libre accès de leur enclos extérieur à plusieurs unités de test ALDM. ADLMs Consist de systèmes de test ouverts contenant tout le matériel nécessaire traditionnellement disponibles dans les laboratoires, en particulier d'un écran tactile pour afficher le stimulus et enregistrer la réponse et un distributeur alimentaire à assurer la récompense. Un lecteur puce RFID capture l'identité numérique du participant quand il entre dans une unité de test de ALDM, et le programme de test utilise cette information pour présenter le programme de recherche attribué à ce sujet particulier.

Les données accumulées au cours des 5 dernières années a clairement révélé que (1) les tests de ALDM améliore la motivation des participants et ^1,2 (2) ^5,6 faveurs apprentissage complexe. tests de ALDM semble également bénéfique en termes de bien-être animal, et réduit le niveau du participant ³ de stress, vous pouvez aussi ^7. La procédure de test de ALDM inspiré le développement de dispositifs de test par plusieurs groupes de recherche qui travaillent avec les aigrettes (Macaca nigra) et rhésus (Macaca mulatta) macaques 7,8 et les pigeons (Columba livia) ^9. L'objectif principal de notre étude est de montrer la contribution potentielle des tests ALDM pour des études dans le domaine de la cognition sociale. Trois différents usages de ce protocole sont décrits à cet effet. Les unités de test de ALDM ont déjà été décrits en détail dans Fagot & Paleressompoulle ^1. Ils sont illustrés dans la figure 1 et décrits brièvement ci-dessous. ALDM unités de test sont les systèmes d'accès ouvert de conditionnement opérant de test équipés d'un système d'identification par radiofréquence (RFID) qui lit la puce RFID du singe, et donc son identité, une fois qu'il pénètre dans le système de test. Les stimuli sont présentés sur un écran tactile, et des récompenses alimentaires sont livrés à l'intérieur du système de test après une réponse correcte est donnée (choix du stimulus correct) à ces stimuli.

Protocole

Déclaration éthique: Cette recherche a été effectuée conformément aux normes françaises et reçu l'approbation du comité national d'éthique français, le «Comité d'Ethique CE-14 Pour l'Expérimentation Animale". Procédures étaient également compatibles avec les lignes directrices de l'Association pour l'étude du comportement animal.

1. ALDM Unit Test Set-up

NOTE: Mettre en place les unités de test de ALDM selon Fagot & Paleressompoulle ^1.

1. Créer des chambres d'essai de dimension (0,7 x 0,7 x 0,8 m ³⁾ comme décrit dans ^1. Veiller à ce que chaque chambre de test dispose de 2 parois latérales transparentes latérales. Équiper chaque chambre d'essai avec une porte coulissante qui peut être ouverte ou fermée à l'arrière (voir Figure 1). Ouverture de la porte arrière de l'unité de ALDM pour fournir un accès au système de test à partir de l'enceinte.
2. Monter le panneau avant de la chambre de test avec un (7,3 x 7 cm ² ) hublot offrant la vision d'un 19 à écran tactile situé en face de l'unité, et 2 handports pour les interactions manuelles avec l'écran tactile.
3. Installer une antenne connectée à un lecteur de puce autour de chaque orifice de la main tel que décrit dans ^1. L'antenne capturer l'identité RFID de la personne.
4. Installez un 19 à écran tactile capacitif en face de chaque chambre de test. L'écran tactile sert à présenter les stimuli et d'enregistrer les variables liées à la réponse (de précision et de temps de réponse). Séparer les fenêtres 25 cm de l'écran.
5. Connecter un ordinateur PC à chaque unité de test qui servira à exécuter le programme de test.
   NOTE: A chaque essai, le programme de test détermine le régime d'essai des sujets (par exemple, les biens de l'écran, la durée de relance, etc.) et associe les mesures comportementales (par exemple, temps de réponse, précision) pour le singe identifiée par la RFID la technologie.
6. Connectez un distributeur de nourriture pour le comput de PC er l'intermédiaire d'un port parallèle, comme décrit dans ^1. Ce distributeur offre des grains de blé sec à l'intérieur de la zone ALDM de singe.
7. Injecter une puce RFID dans l'avant-bras de chaque individu du groupe, comme décrit dans ^1.
   NOTE: Cette procédure doit être effectuée selon les pratiques vétérinaires.

Figure 1: Image (A) et schématique (B) d'une unité de ALDM. Chaque unité de test comporte cinq principaux éléments constitutifs. (A) l'écran tactile; (B) handport; (C) de visualisation; (D) distributeur de nourriture fournissant des produits alimentaires à l'intérieur de la cage après une réponse correcte; (E) l'ordinateur; (F) porte donnant accès à partir de l'enceinte.fig1highres.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

2. ALDM Réseau Set-up

1. Installez 10 unités ALDM l'intérieur de deux 8 x 4 m ² remorques, avec 5 unités de ALDM dans chaque remorque comme décrit dans ^1. Connectez chaque unité de test de ALDM à un serveur de contrôle unique, accessible via une adresse IP (voir Figure 2). Assurez-vous que l'unité de ALDM peut à la fois le téléchargement et télécharger des informations à partir de / vers le serveur.
2. Écrire un programme d'essais de l'ordinateur qui télécharge des fichiers texte à partir du serveur une fois un singe est identifié par une unité de test de ALDM selon ^1. Dans le fichier texte, fournir des indications sur l'état expérimentale actuelle (nombre d'essais déjà effectués dans la formation ou de la phase test) du singe d'utiliser l'appareil. Ecrire le programme de test de telle sorte qu'il peut utiliser cette information pour présenter le procès de formation ou d'essai prédéfini par la procédure expérimentale.
3. Insérez le progra d'essaim script en ligne de sorte qu'il télécharge et télécharge des données à partir du serveur. Assurez-vous que l'unité de ALDM synchronise l'horloge du ALDM deux fois par jour.
   NOTE: Avec cette procédure, les 10 unités de ALDM peuvent fournir des indications sur ce qui singe utilise quelle unité, et quand, et donc fournir des informations sur les dynamiques sociales dans l'utilisation des systèmes de test.
4. Ecrire le programme de tests tels que, avant chaque essai, le programme de test télécharge les informations du serveur sur le statut expérimentale actuelle du singe. Une fois que le procès est terminé, l'unité de ALDM mettra à jour le fichier de texte de l'objet sur le serveur.
   NOTE: Centralisation des paramètres connexes du sujet sur les garanties de serveur de contrôle que les participants seront testés dans l'ordre prédéfini de test, indépendamment de ALDM unités de test, elle décide d'utiliser.
5. Stocker les données suivantes dans un fichier texte après chaque essai: Date, heure Day (HH: MM: SS), Nom du programme de test en cours, le nom de singe, Nombre culSIGNÉ à l'unité de test de ALDM (par exemple, 1), le niveau de test (par exemple, la formation), Score (1 = réponse comportementale correcte; 2 = réponse incorrecte), le temps de réponse avec une précision msec.

Figure 2:.. Représentation schématique du réseau ALDM Chaque unité de ALDM reçoit et fournit des informations de / vers un serveur de contrôle unique, S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

3. Illustration de l'utilisation du réseau ALDM pour l'étude de la cognition sociale

REMARQUE: Le protocole de ALDM a l'avantage unique d'avoir des singes qui peuvent interagir librement avec les ordinateurs, tout en étant maintenu dans leur groupe social. Ci-dessous sont présentés trois protocoles illustrant el'utilisation de e d'un réseau de ALDM unités de test pour collecter des informations sans précédent sur ​​les babouins »(Papio papio) de la cognition sociale.

1. Tests de ALDM informatisée combinant observations comportementales (éthologiques):
   NOTE: L'objectif principal de cette recherche est d'évaluer les effets de la valence (positive vs négative) des états affectifs sur les performances cognitives des animaux pendant les essais de ALDM informatisée. La procédure est décrite dans la figure 3 et plus de détails sur cette recherche ont été publiés dans Marzouki et al. ¹⁰
   1. Installez une tâche de recherche visuelle consistant en la sélection d'un stimulus visuel cible parmi plusieurs éléments de distraction sur chaque ordinateur.
   2. Pendant huit jours, d'observer et d'enregistrer manuellement les comportements de chacun expositions individuelles dans l'enceinte, et quand, avec une minuterie synchronisé sur le serveur de contrôle.
   3. Groupe les comportements exposés dans l'enceinte en trois groupes correspondant à lades événements émotionnellement positifs sociales (par exemple, toilettage), les événements sociaux émotionnellement négatifs (par exemple, la menace), et les événements (neutre) émotion non sociales (par exemple, la manipulation d'objets).
   4. Analyser les temps de réponse de la tâche de recherche visuelle obtenue dans un laps de temps de 3 min suite à une observation du comportement dans l'enceinte. Synchroniser les observations comportementales et les données informatiques et d'analyser (voir Figure 3).

Figure 3:. Illustration schématique de la section 3.1 Les comportements spontanés exprimés dans l'enceinte sont enregistrées en parallèle avec les performances cognitives sur les tests de ALDM.

2. Évaluation des influences sociales au cours des essais de ALDM:
   NOTE: Ce protocole vise à étudier les effets de l'auditoire sur les performances cognitives dur enregistréeen place du test de ALDM informatisée. Tous les détails sur cette recherche ont été publiés dans Huguet et al. ¹¹
   1. Sur chaque unité de test ALDM, installer une tâche dans un cercle qui est suivie d'une réponse sur le côté droit de l'écran ou sur le côté gauche quand un parallélogramme est présentée.
   2. Laissez le singe à utiliser les systèmes de test de 10 ALDM comme ils veulent. Plusieurs singes peuvent donc utiliser les systèmes de test adjacentes. Dossier qui usages individuels qui système.
      NOTE: Les babouins peuvent voir leurs congénères (lorsqu'il est présent) en utilisant les autres configurations de test de la remorque, grâce aux parois latérales transparentes de chaque unité.
   3. Assurez-vous que le programme de test enregistre la performance de chaque individu, ainsi que le contexte social de l'essai (par exemple, si les autres unités de test de ALDM sont utilisées simultanément, et par qui).
   4. Analyser les variations dans le temps de réponse en fonction du contexte social.
3. L'évolution culturelle évaluée par tra informatisénsfer des informations auprès d'individus à individus:
   NOTE: Ce protocole a été développé pour étudier l'évolution de l'information transmise par une chaîne de participants. La procédure est décrite dans la figure 4 et plus de détails sur cette recherche ont été publiés dans Claidière et al. ¹²
   1. Former les participants pour résoudre une tâche de mémoire simple dans lequel ils voient quatre premiers carrés rouges choisis au hasard dans un quatre par quatre grille de celles autrement blancs. Après 400 msec changent tous les carrés rouges au blanc, et de demander au participant de toucher les carrés qui étaient auparavant rouge.
   2. Lorsque la formation est terminée, utilisez la réponse comportementale d'un participant (les carrés touché) pour produire les stimuli pour la prochaine personne dans la chaîne (voir la figure 4). Sauf pour la première personne dans la chaîne pour laquelle les grilles sont générées de façon aléatoire par l'ordinateur.
   3. Analyser le succès à la tâche avec le nombre de transmévénements ission.

Figure 4:. Illustration schématique de la section 3.3 Le premier babouin (génération 1) devait compléter un ensemble de 50 essais générés par l'ordinateur. Les réponses motrices de ce babouin ont ensuite été utilisés pour créer les stimuli pour la deuxième babouin (Generation 2) dans la chaîne de transmission. Cette procédure a été répétée jusqu'à ce que la dernière babouin dans la chaîne a été testé. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Résultats

Comme le montre la Figure 5, les temps de réponse suivants comportements valenced négativement, comme les menaces, étaient significativement plus lent que ceux qui suivent neutre (par exemple, la manipulation d'objets), et valenced positivement les comportements sociaux, tels que le toilettage. Cette étude démontre que les humeurs sociales affectent la performance lors de tests cognitifs. Les lecteurs intéressés trouveront des informations plus détaillées sur cette étude dans Marzouki et al. ¹⁰ Dans la figure 6, par rapport à l'isolement, la présence des autres réduit les temps de réponse (le temps de réponse diminue avec le nombre d'individus présents dans la remorque), indiquant un sociale effet de facilitation des réponses bien apprises. Plus de détails sur cette recherche peuvent être trouvés dans Huguet et al. ¹¹ Figure 7 indique une augmentation de la performance au cours des essais de transmission (carrés bleus), mais pas dans un contrôle (aléatoire) état ​​(cercles jaunes). Mor e des informations détaillées sur cette recherche peut être trouvé dans Claidière et al ^12.

Figure 5:. Les temps de réponse des résultats illustratifs de la section 3.1 Moyenne (ms) dans la tâche de recherche visuelle immédiatement après les événements sociaux positifs, négatifs ou neutres. Les barres d'erreur représentent la déviation standard (SD).

Figure 6: résultats illustratifs de la section 3.2 effet de présence sociale de la vitesse des réponses bien apprises.. Cette figure montre les temps de réponse moyen (ms) en fonction du nombre de leurs congénères présents lors de chaque essai dans les unités de test de ALDM adjacentes. Les barres d'erreur représentent l'erreur standard (SE).

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Figure 7:. Résultats illustratifs de la section 3.3 Le succès de babouins (nombre moyen de récompenses pour 50 essais) augmentait avec le nombre d'événements de transmission (de production) au cours des essais de transmission (carrés bleus), mais pas au cours des essais de contrôle aléatoires (cercles jaunes). Les barres d'erreur représentent la SE.

Discussion

Primatologues ont toujours exprimé un vif intérêt pour les aspects sociaux et non sociaux de la cognition. Cependant l'intégration de ces deux niveaux de compréhension a été difficile. Test social est parfois réalisée dans les laboratoires, mais sur un nombre très restreint de sujets ^13. Un réseau d'unités ALDM offre 4 avantages principaux à cet égard: (1) les tests de ALDM utilise des protocoles (informatisés) hautement sophistiqués et des mesures de précision à la milliseconde des processus cognitifs; (2) des tests de ALDM est atteint dans le contexte social naturel des animaux étudiés; (3) les tests de ALDM peut être proposé à de grands groupes, comme cela se fait dans nos études; (4) Des essais de ALDM tire profit de l'apparition spontanée des interactions sociales et ne contraint pas les individus à des situations sociales particulières.

réseau de ALDM ouvre donc avenues pour intégrative et analyses multidimensionnelles de la cognition combinant facteur social et non socials.

Cet article illustre cette approche intégrative en utilisant trois protocoles, mais de nombreuses autres possibilités existent à côté de ces principales illustrations. Par exemple, des preuves préliminaires (non publié) recueillies dans notre laboratoire suggère que les singes en utilisant des unités de test adjacentes ont aussi les plus fortes obligations affiliatifs au sein de leur groupe social. Si cet effet est confirmée, l'automaticité des tests de ALDM permettra la collecte d'une grande quantité d'informations sur les dynamiques sociales qui peuvent faciliter les études longitudinales de sociométriques (par exemple, sur la base de mesures de distance sociale) chez les primates non-humains.

Les limites des tests ALDM restent inconnus à ce stade. Par exemple, il est encore inconnue dans quelle mesure le niveau des sujets de l'activité peut être influencée par la structure sociale (par exemple, le sex-ratio) du groupe. Néanmoins, les tests ALDM semble un outil très prometteur pour combler le fossé apparent entre des études surcognition individuelle et ceux qui sont plus axés sur la cognition sociale. Son utilisation offre la possibilité d'identifier les facteurs sociaux qui peuvent influer sur la cognition individuelle, et de mesurer plus précisément leurs effets. En outre, nos recherches antérieures ont montré que les tests ALDM favorise également la protection des animaux: Ils sont des formes d'enrichissements comportementaux qui réduisent les niveaux de stress (inférées à partir du niveau de cortisol et le nombre de stéréotypies anormaux) ^3. En conséquence, les tests ALDM semble très bénéfique pour les scientifiques et les animaux, et devrait être plus largement utilisée dans le futur dans les laboratoires et les zoos.

matériels

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