Avaliação da Cognição Social em primatas não-humanos usando uma rede de Computadorizado dispositivo automático de Aprendizagem Sistemas (ALDM) teste

Resumo

Fagot & Paleressompoulle ¹ publicaram um dispositivo de aprendizagem automatizada (ALDM) que visa testar habilidades cognitivas individuais em macacos que vão semi-livres. O principal objectivo do nosso protocolo é a utilização de uma rede de unidades de teste ALDM para estudar cognição social em primatas não humanos.

Resumo

Fagot & Paleressompoulle ¹ e Fagot & Bonte ² publicaram um dispositivo de aprendizagem automatizada (ALDM) para o estudo das capacidades cognitivas dos macacos mantidos em condições que variam semi-livres. Os dados acumulados durante os últimos cinco anos têm demonstrado a eficiência desse protocolo para investigar a cognição indivíduo / física em macacos, e mostraram ainda que este procedimento reduz o nível de estresse durante os ensaios em animais ^3. Este trabalho demonstra que as redes de ALDM também pode ser usado para investigar diferentes facetas da cognição social e no grupo-expressa comportamentos em macacos, e descreve três protocolos ilustrativos desenvolvidas para esse fim. O primeiro estudo demonstra como avaliações etológicas de comportamento social e avaliações computadorizadas de desempenho cognitivo poderia ser integrado a investigar os efeitos dos humores socialmente expostos no desempenho cognitivo dos indivíduos. A segunda study mostra que as baterias de ALDM rodando em paralelo pode fornecer informações exclusivas sobre a influência da presença de outras pessoas no desempenho da tarefa. Finalmente, o último estudo mostra que as redes de unidades de teste ALDM também pode ser usado para estudar os problemas relacionados com a transmissão social e evolução cultural. Combinadas em conjunto, estes três estudos demonstram claramente que o teste ALDM é uma ferramenta experimental altamente promissor para colmatar a lacuna existente na literatura animal entre a pesquisa sobre cognição individual e pesquisas sobre a cognição social.

Introdução

Investigações laboratoriais experimentais da cognição primata ter favorecido quase sistematicamente o teste de animais isolados ^quatro, dependendo do assunto abordado. Este procedimento laboratorial clássico tem demonstrado a sua eficiência, e maior parte do nosso conhecimento sobre questões como a percepção, memória, raciocínio e conceituação abstrata vem do teste dos indivíduos isolados. Testando indivíduos isolados transmite muitas vantagens práticas; essa abordagem facilita projetos experimentais complexos combinados com medidas altamente rigorosas (por exemplo, o calendário ms) do comportamento que seriam de outra forma inacessíveis. No entanto, este procedimento também tem os seus limites, quando se trata do estudo de influências sociais sobre a cognição em particular. Os pesquisadores são muitas vezes forçados a deixar o ambiente sofisticado laboratório em favor de grandes recintos ou contextos selvagens quando seu estudo envolve interações sociais entre os indivíduos. Esta escolha tem um custo, uma vez que é MUCh mais difícil de controlar os factores experimentais e para medir os seus efeitos com o mesmo nível de precisão fora do laboratório. A compreensão de como interações sociais verdadeira influência cognição é um dos desafios científicos mais difíceis em seres humanos e primatas não-humanos.

O presente artigo apresenta um novo protocolo experimental que visam atenuar esta dificuldade geral para investigar cognição social em laboratório com base primatas não humanos. Fagot & Paleressompoulle ¹ e Fagot & Bonte ² publicaram recentemente um dispositivo de aprendizagem automatizada (ALDM) para a avaliação de habilidades cognitivas dos macacos criados em condições de semi-livres. Este método combina as técnicas de condicionamento operante, tradicionalmente, utilizados em laboratórios com tecnologia de Identificação por Radiofreqüência (RFID). Na prática, os macacos que vivem em seu grupo social tem um acesso livre de seu recinto ao ar livre com várias unidades de teste ALDM. ADLMs consist de sistemas de teste abertos contendo todo o equipamento necessário tradicionalmente disponível em laboratórios, em especial, uma tela de toque para mostrar o estímulo e gravar a resposta e um distribuidor de comida para entregar a recompensa. Um leitor de RFID microchip captura a identidade numérica do participante quando entra uma unidade de teste ALDM, eo programa de teste usa essas informações para apresentar o programa de investigação atribuído a este assunto em particular.

A evidência acumulada durante os últimos 5 anos, revelou claramente que (1) o teste ALDM aumenta a motivação dos participantes e ^1,2 (2) favorece a aprendizagem complexo ^5,6. Testes ALDM também parece benéfico em termos de bem-estar animal, e reduz o nível de estresse do participante ^3, veja também ^7. O procedimento de teste ALDM inspirou o desenvolvimento de dispositivos de teste por vários grupos de pesquisa que trabalham com crista (Macaca nigra) e rhesus (Macaca mulatta) macacos 7,8 e pombos (Columba livia) ^9. O principal objetivo do nosso trabalho é demonstrar a contribuição potencial do teste ALDM para estudos no domínio da cognição social. Três diferentes usos deste protocolo são descritos para o efeito. As unidades de teste ALDM já foram descritos em detalhes em Enfeixe & Paleressompoulle ^1. Elas são ilustradas na Figura 1 e descritas brevemente abaixo. Unidades de teste ALDM são sistemas de acesso aberto condicionamento operante de ensaio equipados com um sistema de Radio Frequency Identification (RFID) que lê o microchip RFID do macaco, e, portanto, sua identidade, uma vez que entra no sistema de teste. Os estímulos são apresentados em uma tela sensível ao toque, e recompensas do alimento são entregues dentro do sistema de teste após uma resposta correta é dada (escolha do estímulo correto) a estes estímulos.

Protocolo

Declaração de ética: Esta pesquisa foi realizada em conformidade com as normas francesas e recebeu aprovação do Comitê de Ética francês nacional, o "Comité d'Ethique-CE 14 pour l'Experimentação Animal". Procedimentos também foram consistentes com as diretrizes da Associação para o Estudo do Comportamento Animal.

1. ALDM Teste Unidade Set-up

NOTA: Configurar as unidades de teste ALDM como por Fagot & Paleressompoulle ^1.

1. Criar câmaras de ensaio de dimensão (0,7 x 0,7 x 0,8 m ^3), como descrito em ^1. Certifique-se que cada câmara de teste tem duas paredes laterais transparentes laterais. Equipar cada câmara de ensaio com uma porta deslizante que pode ser aberto ou fechado na parte de trás (ver Figura 1). Abra a porta traseira da unidade ALDM para fornecer acesso ao sistema de teste do gabinete.
2. Montar o painel frontal da câmara de teste com um (7,3 x 7 ^cm2 ) Vista para o porto proporcionando visão de um 19 em tela de toque localizado na parte frontal da unidade, e dois handports para interações manuais com a tela de toque.
3. Instalar uma antena ligada a um leitor de microchip em torno de cada lado da porta como descrito em ^1. A antena vai captar a identidade RFID do assunto.
4. Instale um 19 na tela de toque capacitivo na frente de cada câmara de teste. O touchscreen serve para apresentar os estímulos e registrar variáveis ​​relacionadas resposta (precisão e tempo de resposta). Separe as viewports 25 centímetros da tela.
5. Conecte um computador PC para cada unidade de teste que servirá para executar o programa de teste.
   NOTA: Em cada ensaio, o programa de teste determina o regime de teste dos sujeitos (por exemplo, propriedades da tela, a duração do estímulo, etc.) e associa as medidas comportamentais (por exemplo, tempo de resposta, a precisão) para o macaco identificado pelo RFID tecnologia.
6. Conecte-se um distribuidor de comida para o comput PC er através de uma porta paralela, tal como descrito em ^1. Este distribuidor proporciona grãos de trigo seco dentro da área do macaco ALDM.
7. Injetar um microchip RFID no antebraço de cada indivíduo do grupo conforme descrito em ^1.
   NOTA: Este procedimento deve ser realizado de acordo com as práticas veterinárias.

Figura 1: imagem (A) e vista esquemática (B) de uma unidade de ALDM. Cada unidade de teste tem cinco principais elementos constitutivos. (A) touchscreen; (B) handport; (C) viewport; (D) dispensador de comida entregando alimentos dentro da gaiola após uma resposta correta; (E) do computador; (F) porta que dá acesso do gabinete."target =" _ blank fig1highres.jpg "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. ALDM Rede Set-up

1. Instalar 10 unidades ALDM dentro de dois 8 x 4 m ² reboques, com 5 unidades ALDM em cada reboque, tal como descrito em ^1. Conectar cada unidade de teste ALDM a um servidor de controlo única acessível através de um endereço IP (ver Figura 2). Certifique-se de que a unidade ALDM pode download e upload de informações de / para o servidor.
2. Escreva um programa de teste de computador que faz o download de arquivos de texto a partir do servidor uma vez um macaco é identificado por uma unidade de teste ALDM como por ^um. No arquivo de texto, fornecem indicações sobre o estado experimental atual (número de ensaios já realizados no treinamento ou fase de testes) do macaco de usar a unidade. Escreva o programa de testes de modo a que possa utilizar essas informações para apresentar o julgamento de treinamento ou de teste predefinida pelo procedimento experimental.
3. Insira o progra testem script embutido de tal forma que ele carrega e dados de downloads a partir do servidor. Certifique-se de que a unidade ALDM sincroniza o relógio ALDM duas vezes por dia.
   NOTA: Com este procedimento, as unidades de 10 ALDM pode fornecer indicações sobre a qual macaco que usa aparelho, e quando, e, portanto, fornecer informações sobre a dinâmica social na utilização dos sistemas de teste.
4. Faça o programa de testes de tal forma que antes de cada julgamento, o programa de teste carrega informações do servidor sobre o estado experimental atual do macaco. Uma vez que o julgamento estiver concluída, a unidade ALDM irá atualizar arquivo de texto do sujeito no servidor.
   NOTA: Centralização de parâmetros relacionados do sujeito sobre as garantias servidor de controlo que os participantes serão testados na ordem de teste predefinido, independentemente de unidades de teste ALDM ele decide usar.
5. Armazenar os seguintes dados como um arquivo de texto após cada ensaio: Data, hora do dia (HH: MM: SS), nome do programa de teste atual, o nome do macaco, Número assigned à unidade de teste ALDM (por exemplo, 1), teste de nível (por exemplo, formação), Score (1 = resposta comportamental correta; 2 = resposta incorreta), Tempo de resposta com precisão ms.

Figura 2:.. Representação esquemática da rede ALDM Cada unidade ALDM recebe e fornece informações de / para um servidor de controle exclusivo por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

3. Ilustração do Uso da Rede ALDM para o Estudo da Cognição Social

NOTA: O protocolo ALDM tem a vantagem única de ter macacos que podem interagir livremente com computadores, enquanto está a ser mantida no seu grupo social. Abaixo são apresentadas três protocolos que ilustram the utilização de uma rede de unidades de teste ALDM para coletar informações sem precedentes sobre babuínos "(Papio Papio) cognição social.

1. Testes ALDM informatizado combinando (etológicas) as observações comportamentais:
   NOTA: O principal objetivo desta pesquisa é avaliar os efeitos da valência (positivo vs. negativa) dos estados afetivos no desempenho cognitivo dos animais durante o teste computadorizado ALDM. O procedimento é descrito na Figura 3 e mais detalhes sobre esta pesquisa foram publicados em Marzouki et al. ¹⁰
   1. Instale uma tarefa de busca visual que consiste na selecção de um estímulo visual alvo entre várias distrações em cada computador.
   2. Durante oito dias, observar e registrar manualmente qual o comportamento cada exposições individuais no recinto, e quando, com um temporizador sincronizado com o servidor de controle.
   3. Grupo dos comportamentos expostos no recinto em três grupos correspondentes aoeventos emocionalmente positivos sociais (por exemplo, de higiene), os eventos sociais emocionalmente negativas (por exemplo, ameaça), e os eventos (neutro) emocionalmente não-sociais (por exemplo, manipulação de objetos).
   4. Analisar os tempos de resposta da tarefa de busca visual obtida dentro de uma janela de tempo de 3 minutos após uma observação comportamental no recinto. Sincronizar as observações comportamentais e aos dados informáticos e analisar (veja a Figura 3).

Figura 3:. Ilustração esquemática da secção 3.1 Os comportamentos espontâneos expressas no compartimento são registados em paralelo com o desempenho cognitivo em testes ALDM.

2. Avaliação das influências sociais durante os testes ALDM:
   NOTA: Este protocolo tem como objetivo estudar os efeitos de audiência sobre dur desempenho cognitivo registradosing testes computadorizados ALDM. Detalhes completos sobre essa pesquisa foram publicados em Huguet et al ^11.
   1. Em cada unidade de teste ALDM, instalar uma tarefa na qual um círculo é seguido por uma resposta do lado direito do ecrã ou do lado esquerdo, quando um paralelogramo é apresentado.
   2. Permitir que o macaco a usar os sistemas de teste 10 ALDM como eles querem. Vários macacos podem, portanto, usar sistemas de ensaio adjacentes. Registro que usos individuais que sistema.
      NOTA: Os babuínos podem ver os seus membros da mesma espécie (quando presente) usando as outras configurações de teste do trailer, graças às paredes laterais transparentes de cada unidade.
   3. Certifique-se de que o programa de teste registra o desempenho de cada indivíduo, bem como o contexto social do julgamento (ou seja, se as outras unidades de teste ALDM são usados ​​simultaneamente, e por quem).
   4. Analisar as variações no tempo de resposta, dependendo do contexto social.
3. A evolução cultural avaliados através de tra informatizadonsfer de informações dos indivíduos aos indivíduos:
   NOTA: Este protocolo foi desenvolvido para estudar a evolução das informações transmitidas através de uma cadeia de participantes. O procedimento é descrito na Figura 4 e detalhes completos sobre esta pesquisa foram publicados em Claidière et al. ¹²
   1. Capacitar os participantes para resolver uma tarefa de memória simples em que eles primeiro ver quatro quadrados vermelhos escolhidos aleatoriamente em um quatro por quatro grade de outra forma os brancos. Após 400 ms mudar todos os quadrados vermelhos para branco, e pedir ao participante para tocar os quadrados que antes eram vermelho.
   2. Quando a formação é concluída, utilizar a resposta comportamental de um participante (os quadrados tocado) para produzir o estímulo para a próxima indivíduo na cadeia (ver Figura 4). Excepto para o primeiro indivíduo na cadeia para que as grades são gerados aleatoriamente pelo computador.
   3. Analisar o sucesso na tarefa com o número de transmeventos issão.

Figura 4:. Ilustração esquemática da Seção 3.3 O primeiro babuíno (Geração 1) tinham que completar um conjunto de 50 ensaios gerados pelo computador. As respostas motoras deste babuíno foram então usados ​​para criar os estímulos para a segunda babuíno (Generation 2) na cadeia de transmissão. Este procedimento foi repetido até o último babuíno na cadeia foi testado. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Resultados

Como mostrado na Figura 5, os tempos de resposta seguintes comportamentos valência negativamente, tais como ameaças, foram significativamente mais lento do que os que se seguem neutro (por exemplo, manipulação de objectos), e valência positiva de comportamentos sociais, tais como a preparação. Este estudo demonstra que humores sociais afetar o desempenho durante o teste cognitivo. Os leitores interessados ​​encontrarão informações mais detalhadas sobre este estudo na Marzouki et al. ¹⁰ Na Figura 6, em comparação com o isolamento, a presença de outros reduzidos tempos de resposta (o tempo de resposta diminui com o número de indivíduos presentes no trailer), indicando uma sociais efeito de facilitação de respostas bem-aprendidas. Mais detalhada sobre esta pesquisa podem ser encontradas no Huguet et al. ¹¹ Figura 7 indica um aumento no desempenho durante os ensaios de transmissão (quadrados azuis), mas não em um controle (aleatório) condição (círculos amarelos). Mor e informações detalhadas sobre este projeto podem ser encontradas no Claidière et al ^12.

Figura 5:. Resultados ilustrativos de Seção 3.1 tempos médios de resposta (ms) na tarefa de busca visual imediatamente após eventos sociais positivas, negativas ou neutras. As barras de erro representam o desvio padrão (SD).

Figura 6: resultados ilustrativos de Seção 3.2 efeito de presença Social sobre a velocidade de respostas bem-aprendidas.. Esta figura mostra os tempos de resposta médios (ms), dependendo o número de membros da mesma espécie presentes durante cada ensaio nas unidades de teste ALDM adjacentes. As barras de erro representam o erro padrão (SE).

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Figura 7:. Resultados ilustrativos de Seção 3.3 O sucesso de babuínos (número médio de recompensas para 50 ensaios) aumentou com o número de eventos de transmissão (geração) durante os ensaios de transmissão (quadrados azuis), mas não durante os ensaios aleatórios de controlo (círculos amarelos). As barras de erro representam o SE.

Discussão

Primatologists sempre expressaram um forte interesse em aspectos sociais e não sociais de cognição. No entanto, a integração desses dois níveis de compreensão tem sido difícil. Testes social é, por vezes, realizado em laboratórios, mas em um número muito restrito de assuntos ^13. Uma rede de unidades ALDM oferece 4 vantagens principais a esse respeito: (1) teste ALDM usa protocolos altamente sofisticados (informatizados) e medições de precisão de milissegundos dos processos cognitivos; (2) testes ALDM é alcançada dentro do contexto social natural dos animais estudados; (3) testes ALDM podem ser propostas para grandes grupos, como foi feito em nossos estudos; (4) testes ALDM aproveitou a ocorrência espontânea de interações sociais e não restringir os indivíduos a situações sociais específicas.

Portanto rede ALDM abre caminhos para integrativa e análises multidimensionais de cognição combinando fator social e não-socials.

Este artigo ilustra essa abordagem integrativa utilizando três protocolos, mas existem muitas outras possibilidades para além destas ilustrações chave. Por exemplo, evidências preliminares (não publicados) recolhidos no nosso laboratório sugerem que os macacos usam unidades de ensaio adjacentes também têm os mais fortes laços de filiação dentro do seu grupo social. Se esse efeito for confirmada, então a automaticidade de testes ALDM permitirá a recolha de uma grande quantidade de informações sobre a dinâmica social que pode facilitar estudos sociométricos longitudinais (por exemplo, com base em medidas de distância social) em primatas não-humanos.

As limitações do teste ALDM permanecem desconhecidos nesta fase. Por exemplo, é ainda desconhecido em que medida o nível de actividade dos indivíduos pode ser influenciada pela estrutura social (por exemplo, proporção entre os sexos) do grupo. No entanto, o teste ALDM parece uma ferramenta altamente promissora para preencher a lacuna evidente entre os estudos sobrecognição individual e aqueles mais focados em cognição social. Seu uso oferece a oportunidade de identificar os fatores sociais que podem influenciar a cognição individual e medir com mais precisão os seus efeitos. Além disso, nossa pesquisa anterior mostrou que o teste ALDM também promove bem-estar animal: São formas de enriquecimentos comportamentais que reduzem os níveis de estresse (inferidas a partir de níveis de cortisol eo número de estereotipias anormais) ^3. Assim, ALDM testes parece altamente benéfica para ambos os cientistas e os animais, e deve ser mais amplamente utilizado no futuro em laboratórios e jardins zoológicos.

Materiais

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