Valutazione della cognizione sociale in primati non umani Uso di una rete di computerizzato Automated Learning dispositivo Systems (ALDM) prova

Riepilogo

Fagot & Paleressompoulle ¹ hanno pubblicato un dispositivo di apprendimento automatico (ALDM) volti a verificare le singole abilità cognitive nelle scimmie che vanno semi-liberi. L'obiettivo principale del nostro protocollo è quello di utilizzare una rete di unità di prova ALDM studiare cognizione sociale nei primati non umani.

Abstract

Fagot & Paleressompoulle ¹ e Fagot & Bonte ² hanno pubblicato un dispositivo di apprendimento automatico (ALDM) per lo studio delle capacità cognitive di scimmie mantenuti in condizioni che vanno semi-liberi. I dati accumulati nel corso degli ultimi cinque anni hanno sempre dimostrato l'efficacia di questo protocollo per indagare individuale cognizione fisico / nelle scimmie, e hanno ulteriormente dimostrato che questa procedura riduce il livello di stress durante la sperimentazione animale ^3. Questo documento dimostra che le reti di ALDM può essere utilizzato anche per studiare diversi aspetti della cognizione sociale e in-group hanno espresso comportamenti nelle scimmie, e descrive tre protocolli illustrativi sviluppati per questo scopo. Il primo studio dimostra come le valutazioni etologici di comportamento sociale e la valutazione computerizzata delle prestazioni cognitive potrebbero essere integrati per studiare gli effetti di umori socialmente esposti sulle prestazioni cognitive degli individui. La seconda study indica che le batterie di ALDM esecuzione in parallelo possono fornire informazioni uniche sul influenza della presenza di altri sulle prestazioni dell'attività. Infine, l'ultimo studio dimostra che le reti di unità di prova ALDM possono anche essere utilizzati per studiare le questioni relative alla trasmissione sociale ed evoluzione culturale. Combinate insieme, queste tre studi dimostrano chiaramente che il test ALDM è uno strumento sperimentale molto promettente per colmare il divario nella letteratura animale tra la ricerca sulla cognizione individuale e la ricerca sulla cognizione sociale.

Introduzione

Indagini di laboratorio sperimentale della cognizione primate sono quasi sistematicamente favorita la prova di animali isolato ^4, a seconda del problema affrontato. Questa procedura di laboratorio classico ha dimostrato la sua efficienza, e la maggior parte della nostra conoscenza su temi quali la percezione, la memoria, il ragionamento e la concettualizzazione astratta proviene dalla prova di soggetti isolati. Test individui isolati trasmette molti vantaggi pratici; questo approccio facilita disegni sperimentali complesse combinate con le misurazioni altamente rigorose (ad esempio, temporizzazione msec) del comportamento che altrimenti inaccessibili. Tuttavia, questa procedura ha i suoi limiti, quando si tratta di studio delle influenze sociali sulla cognizione in particolare. I ricercatori sono spesso costretti a lasciare l'ambiente sofisticato laboratorio a favore di grandi recinti o contesti selvaggi quando il loro studio coinvolge le interazioni sociali tra gli individui. Questa scelta ha un costo in quanto è MUCh più difficile da controllare i fattori sperimentali e di misurare gli effetti con lo stesso livello di precisione di fuori del laboratorio. Capire come vero e proprio social interazioni influenza la cognizione è una delle più difficili sfide scientifiche in entrambi gli esseri umani e primati non umani.

Il presente lavoro presenta un nuovo protocollo sperimentale volto ad alleviare questa difficoltà generale di indagare cognizione sociale in laboratorio primati non umani basati. Fagot & Paleressompoulle ¹ e Fagot & Bonte ² hanno recentemente pubblicato un dispositivo di apprendimento automatico (ALDM) per la valutazione delle capacità cognitive delle scimmie cresciute in condizioni di semi-liberi. Questo metodo combina le tecniche di condizionamento operante tradizionalmente utilizzati nei laboratori con una tecnologia di identificazione a radiofrequenza (RFID). In pratica, le scimmie che vivono nel loro gruppo sociale hanno un accesso gratuito dal loro recinto all'aperto per diverse unità di prova ALDM. ADLMs consist di sistemi di test aperti contenenti tutte le attrezzature necessarie tradizionalmente disponibili in laboratori, in particolare un touch screen da visualizzare lo stimolo e registrare la risposta e un distributore di cibo per consegnare il premio. Un lettore di microchip RFID acquisisce l'identità numerica del partecipante quando entra una unità di test ALDM, e il programma di test utilizza queste informazioni per presentare il programma di ricerca assegnato a questo particolare argomento.

Le prove accumulate nel corso degli ultimi 5 anni ha chiaramente rivelato che (1) le prove ALDM aumenta la motivazione dei partecipanti ^1,2 e (2) favorisce l'apprendimento complesso ^5,6. Test ALDM sembra anche vantaggioso in termini di benessere degli animali, e riduce il livello di stress del partecipante ^3, puoi anche ^7. La procedura di verifica ALDM ispirato lo sviluppo di dispositivi di test da diversi gruppi di ricerca che lavorano con crestato (Macaca nigra) e rhesus (Macaca mulatta) macachi ^{7,8 e piccioni (Columba livia) 9. L'obiettivo principale del nostro lavoro è quello di dimostrare il potenziale contributo del test ALDM per gli studi nel campo della cognizione sociale. Tre differenti usi di questo protocollo sono descritti per questo scopo. Le unità di prova ALDM sono già state descritte in dettaglio nella Fagot e Paleressompoulle 1. Essi sono illustrati nella figura 1 e descritto brevemente di seguito. Unità di prova ALDM sono ad accesso aperto sistemi di test di condizionamento operante, dotate di un sistema di identificazione a radiofrequenza (RFID) che legge il microchip RFID della scimmia, e quindi la sua identità, una volta che si entra nel sistema di prova. Gli stimoli sono presentati su un touch screen, e ricompense alimentari sono forniti all'interno del sistema di test dopo una risposta corretta è dato (scelta dello stimolo corretta) a questi stimoli.}

Protocollo

Dichiarazione etica: Questa ricerca è stata effettuata in conformità con gli standard francesi e ha ricevuto l'approvazione da parte del comitato nazionale di etica francese, il «Comité d'Ethique CE-14 pour l'Expérimentation Animale". Le procedure sono inoltre coerenti con le linee guida dell'Associazione per lo studio del comportamento animale.

1. ALDM Unit Test Set-up

NOTA: Impostare le unità di prova ALDM secondo Fagot e Paleressompoulle ^1.

1. Creare camere di prova di dimensioni (0,7 x 0,7 x 0,8 m ^3), come descritto in ^1. Assicurarsi che ogni camera di prova dispone di 2 fianchi laterali trasparenti. Dotare ogni camera di prova con una porta scorrevole che può essere aperta o chiusa sul retro (vedi Figura 1). Aprire lo sportello posteriore dell'unità ALDM per consentire l'accesso al sistema di prova dalla custodia.
2. Montare il pannello frontale della camera di prova con un (7,3 x 7 cm ² ) porto vista fornendo visione di un 19 in touch screen situato di fronte all'unità, e 2 handports interazioni manuali con il touch screen.
3. Installare un'antenna collegata ad un lettore di microchip circa ogni porta mano come descritto in ^1. L'antenna catturerà l'identità RFID del soggetto.
4. Installare un 19 in touch screen capacitivo davanti ad ogni camera di prova. Il touchscreen serve per presentare gli stimoli e per registrare variabili legate risposta (accuratezza e tempo di risposta). Separare le finestre 25 centimetri dallo schermo.
5. Collegare un PC per ogni unità di prova che servirà per eseguire il programma di test.
   NOTA: per ciascuna prova, il programma di test determina il regime di prova dei soggetti (ad esempio, proprietà del display, la durata dello stimolo, ecc) e associa le misure comportamentali (ad esempio, tempo di risposta, precisione) alla scimmia identificato dal RFID tecnologia.
6. Collegare un distributore di cibo per il comput PC er tramite una porta parallela, come descritto in ^1. Questo dispenser fornisce chicchi di grano secco all'interno dell'area ALDM scimmia.
7. Iniettare un microchip RFID nell'avambraccio di ogni individuo del gruppo come descritto in ^1.
   NOTA: Questa procedura deve essere eseguita secondo le pratiche veterinario.

Figura 1: Picture (A) e schematica (B) di una unità ALDM. Ogni unità test ha cinque elementi componenti principali. (A) touchscreen; (B) handport; (C) viewport; (D) di mangiatoia fornire prodotti alimentari all'interno della gabbia dopo una risposta corretta; (E) del computer; (F) porta fornendo accesso dal contenitore.fig1highres.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

2. ALDM Rete Set-up

1. Installare 10 unità ALDM all'interno di due 8 x 4 m ² rimorchi, con 5 unità ALDM in ogni rimorchio, come descritto in ^1. Collegare ogni unità di prova ALDM a un server di controllo unico accessibile attraverso un indirizzo IP (vedi figura 2). Verificare che l'unità sia ALDM può scaricare e caricare informazioni da / verso il server.
2. Scrivere un programma di test di computer che scarica i file di testo dal server una volta una scimmia è identificato da una unità di prova ALDM come per ^1. Nel file di testo, forniscono indicazioni sullo stato sperimentale attuale (numero delle prove già effettuate nella formazione o fase di test), della scimmia utilizzando l'unità. Scrivere il programma di test in modo da poter utilizzare tali informazioni per presentare il processo di formazione o prova predefinita dalla procedura sperimentale.
3. Inserire il progra provam script inline tale che carica e scarica i dati dal server. Assicurarsi che l'unità ALDM sincronizza l'orologio ALDM due volte al giorno.
   NOTA: Con questa procedura, le unità 10 ALDM possono fornire indicazioni su cui scimmia usa quale unità, e quando, e quindi fornire informazioni sulla dinamica sociali nell'uso dei sistemi di saggio.
4. Scrivere il programma di test in modo che prima di ogni prova, il programma di test carica informazioni dal server sullo stato corrente sperimentale della scimmia. Una volta che il processo è completo, l'unità ALDM aggiornerà file di testo del soggetto sul server.
   NOTA: La centralizzazione dei relativi parametri del soggetto sulle garanzie del server di controllo che i partecipanti saranno provati nell'ordine prova predefinita, indipendentemente dalle unità di prova ALDM si decide di utilizzare.
5. Memorizzare i seguenti dati come file di testo, dopo ogni prova: data, ora Day (HH: MM: SS), nome del programma di test corrente, nome Scimmia, Numero culoigned per l'unità di prova ALDM (ad esempio, 1), il livello di prova (ad esempio, la formazione), Score (1 = risposta comportamentale corretto; 2 = risposta sbagliata), tempo di risposta con precisione msec.

Figura 2:.. Rappresentazione schematica della rete ALDM Ogni unità ALDM riceve e fornisce informazioni da / a un server di controllo unico Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

3. Illustrazione dell'uso della Rete ALDM per lo Studio della Social Cognition

NOTA: Il protocollo ALDM ha il vantaggio unico di avere scimmie che possono interagire liberamente con i computer, mentre il mantenimento nel loro gruppo sociale. Qui di seguito sono presentati tre protocolli che illustrano the l'uso di una rete di unità di prova ALDM di raccogliere informazioni senza precedenti su babbuini '(Papio Papio) cognizione sociale.

1. Computerizzato test ALDM combinando comportamentali osservazioni (etologici):
   NOTA: L'obiettivo principale di questa ricerca è quello di valutare gli effetti della valenza (positiva vs. negativa) degli stati affettivi sulle performance cognitiva degli animali durante il test ALDM computerizzato. La procedura è descritta in figura 3 e tutti i dettagli su questa ricerca sono stati pubblicati in Marzouki et al. ¹⁰
   1. Installare un compito di ricerca visiva consistente nella selezione di uno stimolo visivo destinazione tra diversi distrattori su ciascun computer.
   2. Durante otto giorni, osservare e registrare manualmente quali comportamenti ogni individuo presenta nel contenitore, e quando, con un timer sincronizzato con il server di controllo.
   3. Gruppo comportamenti esposti all'interno della cassetta in tre gruppi corrispondenti alleeventi emotivamente positivi sociali (ad esempio, grooming), gli eventi sociali emotivamente negativi (ad esempio, la minaccia), e gli eventi emotivamente non sociali (neutro) (ad esempio, manipolazione di oggetti).
   4. Analizzare i tempi di risposta del compito di ricerca visiva ottenuto entro una finestra di tempo di 3 minuti dopo una osservazione del comportamento nel contenitore. Sincronizzare le osservazioni comportamentali e dati informatici e analizzare (vedi figura 3).

Figura 3:. Illustrazione schematica della sezione 3.1 I comportamenti spontanei espressi nella custodia sono registrati in parallelo con le prestazioni cognitive sulle prove ALDM.

2. Valutazione delle influenze sociali durante i test ALDM:
   NOTA: Questo protocollo ha lo scopo di studiare gli effetti di pubblico sulle dur performance cognitiva registratoing test ALDM computerizzato. Tutti i dettagli su questa ricerca sono stati pubblicati in Huguet et al. ¹¹
   1. Su ogni unità di prova ALDM, installare un compito nel quale un cerchio è seguita da una risposta sul lato destro dello schermo o sul lato sinistro quando un parallelogramma è presentato.
   2. Lasciare che la scimmia di utilizzare i sistemi di test 10 ALDM come vogliono. Diverse le scimmie possono quindi utilizzare i sistemi di prova adiacenti. Record che usi individuali che di sistema.
      NOTA: I babbuini possono vedere i loro conspecifici (quando presente) utilizzando le altre impostazioni di test del rimorchio, grazie alle pareti laterali trasparenti di ogni unità.
   3. Assicurarsi che il programma di test registra le prestazioni di ogni individuo, così come il contesto sociale del processo (cioè, se si utilizzano simultaneamente le altre unità di prova ALDM, e da chi).
   4. Analizzare variazioni nel tempo di risposta in funzione del contesto sociale.
3. L'evoluzione culturale valutata tramite TRA computerizzatansfer delle informazioni da individui a individui:
   NOTA: Questo protocollo è stato sviluppato per studiare l'evoluzione delle informazioni trasmesse attraverso una catena di partecipanti. La procedura è descritta nella figura 4 e tutti i dettagli su questa ricerca sono stati pubblicati in Claidière et al. ¹²
   1. Formare i partecipanti per risolvere un semplice compito di memoria in cui si vedono prima di quattro quadrati rossi scelti a caso in un quattro per quattro griglia di quelli altrimenti bianchi. Dopo 400 msec cambiano tutti i quadrati rossi al bianco, e chiedono ai partecipanti di toccare le piazze che prima erano rosso.
   2. Quando l'addestramento è completato, utilizzare la risposta comportamentale di un partecipante (i quadrati toccati) per produrre stimoli per il prossimo individuo nella catena (vedi Figura 4). Fatta eccezione per il primo individuo nella catena per cui le griglie sono generati casualmente dal computer.
   3. Analizzare il successo al compito con il numero di trasmeventi issione.

Figura 4:. Schema di Sezione 3.3 Il primo babbuino (Generation 1) ha dovuto completare una serie di 50 prove generate dal computer. Le risposte motorie di questo babbuino sono stati utilizzati per creare gli stimoli per il secondo babbuino (Generation 2) nella catena di trasmissione. Questa procedura è stata ripetuta fino all'ultimo babbuino della catena è stato testato. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Risultati

Come mostrato in figura 5, i tempi di risposta seguenti comportamenti a valenza negativamente, quali le minacce, erano significativamente più lenti di quelli seguente neutra (es, manipolazione di oggetti), e positivamente a valenza comportamenti sociali, come grooming. Questo studio dimostra che gli umori sociali influiscono sulle prestazioni durante i test cognitivi. Interessate possono trovare ulteriori informazioni su questo studio Marzouki et al. ¹⁰ Nella figura 6, rispetto all'isolamento, la presenza di altri ridotti tempi di reazione (tempo di reazione diminuisce con il numero di individui presenti nel trailer), indicando un social effetto di facilitazione delle risposte ben apprese,. Maggiori informazioni su questa ricerca si possono trovare in Huguet et al. ¹¹ Figura 7 indica un aumento delle prestazioni durante le prove di trasmissione (quadrati blu), ma non in un controllo (casuale) condizione (cerchi gialli). Mor e informazioni dettagliate su questa ricerca può essere trovato in Claidière et al. ¹²

Figura 5:. I risultati illustrativo Sezione 3.1 media i tempi di risposta (msec) nel compito di ricerca visiva immediatamente dopo gli eventi sociali positivi, negativi o neutri. Le barre di errore rappresentano la deviazione standard (SD).

Figura 6: risultati illustrativo Sezione 3.2 effetto presenza sociale in merito alla velocità delle risposte ben apprese-.. Questa figura mostra i tempi di risposta media (msec) a seconda del numero di conspecifici presenti durante ogni prova in unità di prova ALDM adiacenti. Le barre di errore rappresentano l'errore standard (SE).

tenda "fo: keep-together.within-page =" always ">
Figura 7:. I risultati illustrativi Sezione 3.3 Il successo di babbuini (numero medio di premi per 50 prove) è aumentato con il numero di eventi di trasmissione (generazione) durante le prove di trasmissione (quadrati blu), ma non durante le prove di controllo casuali (cerchi gialli). Barre di errore rappresentano la SE.

Discussione

Primatologi hanno sempre manifestato un forte interesse per gli aspetti sociali e non sociali della cognizione. Tuttavia l'integrazione di questi due livelli di comprensione è stato difficile. Test sociale è talvolta condotto in laboratori, ma su un numero molto limitato di soggetti ^13. Una rete di unità ALDM offre 4 vantaggi principali in questo senso: (1) il test ALDM utilizza altamente sofisticati (computerizzati) protocolli e misure di precisione millisecondo dei processi cognitivi; (2) il test ALDM viene raggiunto entro il contesto sociale naturale degli animali studiati; (3) Test ALDM può essere proposta per i grandi gruppi, come fatto nei nostri studi; (4) Test ALDM sfrutta l'insorgenza spontanea di interazioni sociali e non vincolare gli individui a particolari situazioni sociali.

Rete ALDM apre quindi strade per integrativa e analisi multidimensionali di cognizione, che conciliano fattore sociale e non sociales.

Questo documento illustra questo approccio integrativo utilizzando tre protocolli, ma esistono molte altre possibilità oltre a queste illustrazioni principali. Per esempio, preliminare prove (inedito) raccolti nel nostro laboratorio suggeriscono che le scimmie utilizzando unità di prova adiacenti hanno anche i più forti legami affiliative all'interno del loro gruppo sociale. Se questo effetto è confermata, quindi l'automaticità dei test ALDM permetterà la raccolta di grandi quantità di informazioni sulle dinamiche sociali che possono facilitare gli studi sociometriche longitudinali (ad esempio, sulla base di misure di distanza sociale) nei primati non umani.

I limiti delle analisi ALDM rimangono sconosciute in questa fase. Ad esempio, è ancora sconosciuto in che misura il livello di attività dei soggetti può essere influenzato dalla struttura sociale (es, sex ratio) del gruppo. Tuttavia, il test ALDM sembra uno strumento molto promettente per colmare l'apparente divario tra studi sucognizione individuale e quelli più concentrati sulla cognizione sociale. Il suo utilizzo offre l'opportunità di identificare i fattori sociali che possono influenzare la cognizione individuale, e per misurare con maggiore precisione gli effetti. Inoltre, la nostra ricerca precedente ha dimostrato che il test ALDM promuove anche il benessere degli animali: sono forme di arricchimenti comportamentali che riducono i livelli di stress (desunti da livello di cortisolo e il numero di stereotipie anomali) ^3. Di conseguenza, ALDM test sembra di grande beneficio sia per i ricercatori e gli animali, e dovrebbe essere usato più ampiamente in futuro nei laboratori e zoo.

Materiali

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