Name: integrating visual psychophysical assays within a y-maze to isolate the role that visual features play in navigational decisions
Uploaded: 2019-05-02T13:00:00
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セットアップアシスタンスを提供してくださったブライトン・ヒクソンに感謝します。このプログラムは、基礎研究プログラム、環境品質と設置(EQI;米国陸軍エンジニア研究開発センター テクニカルディレクター、エリザベス・ファーガソン博士。

すべての実験プロトコルは、環境研究所、米国陸軍エンジニアと研究開発センター、ビックスバーグ、MS、米国(IACUC# 2013-3284-01)の機関動物ケアおよび使用委員会によって承認されました。
1.感覚迷路の設計
<ol><li>専用ルームの透明なサポートプラットフォームの上に設置された防水ポリメタクリレートY迷路プラットフォーム(自社製)で実験を行います。プラットホーム?...

<ol>
	<li>Dall, S. R. X., Olsson, O., McNamara, J. M., Stephens, D. W., Giraldeau, L. 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H., Engert, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visuomotor+transformations+underlying+hunting+behavior+in+zebrafish).">Visuomotor transformations underlying hunting behavior in zebrafish).</a> Current Biology. 25 (7), 831-846 (2015).</li><li>Chouinard-Thuly, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Technical+and+conceptual+considerations+for+using+animated+stimuli+in+studies+of+animal+behavior.">Technical and conceptual considerations for using animated stimuli in studies of animal behavior.</a> Current Zoology. 63 (1), 5-19 (2017).</li><li>Nakayasu, T., Yasugi, M., Shiraishi, S., Uchida, S., Watanabe, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+computer+graphic+animations+for+studying+social+approach+behaviour+in+medaka+fish:+Effects+of+systematic+manipulation+of+morphological+and+motion+cues.">Three-dimensional computer graphic animations for studying social approach behaviour in medaka fish: Effects of systematic manipulation of morphological and motion cues.</a> PLoS One. 12 (4), e0175059 (2017).</li><li>Stowers, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+reality+for+freely+moving+animals.">Virtual reality for freely moving animals.</a> Nature Methods. 14 (10), 995-1002 (2017).</li><li>Warren, W. H., Kay, B., Zosh, W. D., Duchon, A. P., Sahuc, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optic+flow+is+used+to+control+human+walking.">Optic flow is used to control human walking.</a> Nature Neuroscience. 4 (2), 213-216 (2001).</li><li>Silverman, J., Suckow, M. A., Murthy, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The IACUC Handbook. , (2014).</li></ol>

視覚的な手がかりは、黒と白の格子13にさらされた魚の光運動応答を引き起こすことが知られており、近隣の速度が動的相互作用を支配する上で影響力のある役割を果たすという理論的および経験的証拠が増加しています。魚学校で観察7,14,15,16,17.対照?...

動物は、他の人と対話し、騒々しい環境をナビゲートする際に、情報に基づいた意思決定を行うために、継続的に生息地を感知し、解釈します。個人は、ソーシャル情報を行動に組み込むことで、状況認識や意思決定を強化することができます。しかし、社会的情報は、主に、特定のメッセージを伝えるために進化した直接信号(例えば、ワグル)を介して進化した直接信号を介してではなく、信頼できない可能性がある意図しない手がかり(すなわち、捕食者を避けるために突然の操縦)を介して推論に起因する。ミツバチで踊る)1.特に個人がグループで旅行する場合、個人がソーシャル キューや感覚情報の価値を迅速に評価する方法を特定することは、調査者にとって困難な作業です。ビジョンは、社会的相互作用2、3、4を支配する上で重要な役割を果たし、研究は、各個人の視野に基づいて魚学校で発生する可能性のある相互作用ネットワークを推測している5、 6.しかし、魚学校は動的なシステムであり、グループメンバー間の相互作用から生じる固有の共線性と交絡要因のために、特定の特徴や近隣の行動に対する個々の応答を分離することは困難です。このプロトコルの目的は、代替視覚機能が単独またはグループ内を移動する個人の方向性の決定にどのように影響するかを分離することによって、現在の作業を補完することです。
現在のプロトコルの利点は、操作実験とコンピュータの視覚化技術を組み合わせて、個人が自然界で経験する可能性のある基本的な視覚機能を分離することです。具体的には、Y-maze(図1)を用いて、バイナリ応答に向きの選択を折りたたみ、仮想隣人の水泳行動を模倣するように設計されたコンピュータアニメーション画像を紹介する。これらの画像は迷路の下から投影され、1つ以上の被験者の下で泳ぐコンセ異性のシルエットを模倣します。形態、速度、一貫性、水泳行動などのこれらのシルエットの視覚的特徴は、代替仮説7をテストするために容易に調整される。
本論文は、モデルの社会的魚種であるゴールデン・シャイナー(ノテミゴヌス・クライソルーカス)の個体が仮想隣人の相対的な速度にどのように反応するかを分離することによって、このアプローチの有用性を示す。プロトコルの焦点は、ここで、仮想近傍の方向的影響がその速度によって変化するかどうか、およびそうであれば、観察された関係の形態を定量化することにある。特に、シルエットの固定された割合がリーダーとして機能し、弾道的に片方の腕または別の腕に向かって移動することによって、方向キューが生成されます。残りのシルエットは、リーダー/ディストラクタ比を調整して調整できるバックグラウンドノイズを提供するためにランダムに動きまくることによって、ディストラクタとして機能します。ディストラクタに対するリーダーの比率は、方向の手がかりの一貫性をキャプチャし、それに応じて調整することができます。ディストラクタシルエットは、シルエットを境界から反射させることにより、決定領域(「DA」、図1A)に限定されたままです。ただし、リーダーのシルエットは、DA 領域を離れ、指定されたアームに入ってから、シルエットが腕の長さの 1/3 を通過するとゆっくりとフェードアウトします。リーダーがDAを離れると、新しいリーダーのシルエットが代わりを務め、正確な経路をたどり、実験を通じてリーダー/ディストラクタ比がDAで一定であることを確認します。
仮想魚の使用は、視覚感覚情報の制御を可能にしながら、被験者の方向応答を監視しながら、グループ内のソーシャルナビゲーション、動き、または意思決定の新しい特徴を明らかにする可能性があります。ここで使用されるアプローチは、コンピュータ アニメーションを操作して複雑さの変化する行動パターンを生成することにより、致命的なストレスや捕食が社会的相互作用に及ぼす影響など、幅広い質問に適用できます。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Black and white IP camera</td>
			<td>Noldus, Leesburg, VA, USA</td>
			<td></td>
			<td>https://www.noldus.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extruded aluminum</td>
			<td>80/20 Inc., Columbia City, IN, USA</td>
			<td>3030-S</td>
			<td>https://www.8020.net 3.00&#34; X 3.00&#34; Smooth T-Slotted Profile, Eight Open T-Slots</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Finfish Starter with Vpak, 1.5 mm extruded pellets</td>
			<td>Zeigler Bros. Inc., Gardners, PA, USA</td>
			<td></td>
			<td>http://www.zeiglerfeed.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Golden shiners</td>
			<td>Saul Minnow Farm, AR, USA</td>
			<td></td>
			<td>http://saulminnow.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ (v 1.52h) freeware</td>
			<td>National Institute for Health (NIH), USA</td>
			<td></td>
			<td>https://imagej.nih.gov/ij/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED track lighting</td>
			<td>Lithonia Lightening, Conyers, GA, USA</td>
			<td>BR20MW-M4</td>
			<td>https://lithonia.acuitybrands.com/residential-track</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oracle 651 white cut vinyl</td>
			<td>651Vinyl, Louisville, KY, USA</td>
			<td>651-010M-12:5ft</td>
			<td>http://www.651vinyl.com. Can order various sizes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PowerLite 570 overhead projector</td>
			<td>Epson, Long Beach CA, USA</td>
			<td>V11H605020</td>
			<td>https://epson.com/For-Work/Projectors/Classroom/PowerLite-570-XGA-3LCD-Projector/p/V11H605020</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Processing (v 3) freeware</td>
			<td>Processing Foundation</td>
			<td></td>
			<td>https://processing.org/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R (3.5.1) freeware</td>
			<td>The R Project for Statistical Computing</td>
			<td></td>
			<td>https://www.r-project.org/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra-white 360 theater screen</td>
			<td>Alternative Screen Solutions, Clinton, MI, USA</td>
			<td>1950</td>
			<td>https://www.gooscreen.com. Must call for special cut size</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Z-Hab system</td>
			<td>Pentair Aquatic Ecosystems, Apopka, FL, USA</td>
			<td></td>
			<td>https://pentairaes.com/. Call for details and sizing.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

integrating visual psychophysical assays within a y-maze to isolate the role that visual features play in navigational decisions

集団動物の行動は、個々のフィットネスに不可欠な個々の動機や社会的相互作用から生じます。魚は長い間、集団的運動、特に環境と社会情報を生態学的な文脈にまたがって統合する能力に関する調査に影響を与してきました。このデモンストレーションでは、魚の行動応答を定量化するために使用される技術を示します, この場合, ゴールデンシャイナー (ノエミゴヌスクライソロルカス),コンピュータの視覚化とデジタル画像分析を使用して視覚刺激に.コンピュータビジュアライゼーションの最近の進歩により、視覚的な特徴を制御し、社会的相互作用のメカニズムを分離するために細かく操作できるラボでの実証的なテストが可能になります。この方法の目的は、孤独かグループかにかかわらず、個人の方向性の決定に影響を与えることができる視覚的特徴を分離することです。このプロトコルは、物理Y迷路ドメイン、記録装置、プロジェクターとアニメーションの設定とキャリブレーション、実験的なステップとデータ分析に関する詳細を提供します。これらの技術は、コンピュータアニメーションが生物学的に有意な応答を引き出すことができることを示している。さらに、この技術は、幅広い実験用途に対する代替仮説、ドメイン、および種のテストに容易に適応可能です。仮想刺激の使用は必要な生きている動物の数の減少そして取り替えを可能にし、結果として実験室のオーバーヘッドを減らす。
このデモンストレーションでは、仮想コンセ異性の移動速度(2体の長さ/秒)の小さな相対的な差が、仮想によって提供される方向の手がかりに従う速度と精度を向上させるという仮説をテストします。シルエット。結果は、背景雑音(67%の画像の一貫性)が存在する場合でも、視覚的な手がかりの速度の増加によって輝く方向決定が大きく影響を受けることを示しています。モーションキューがない場合、被験者はランダムに方向を選択しました。意思決定速度とキュー速度の関係は可変であり、キュー速度の増加は方向精度に対してやや不均衡な影響を及ぼしました。

仮説とデザイン
この実験システムの有用性を実証するために、ゴールデンシャイナーが視覚的な合図に従う精度は、そのキューの速度で向上するという仮説をテストしました。野生型ゴールデンシャイナーを使用した(N=16、体長、BL、および湿式重量、WW、63.4±3.5mmおよび1.8±0.3g、敬意を払って)。視覚刺...

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Integrating Visual Psychophysical Assays within a Y-Maze to Isolate the Role that Visual Features Play in Navigational Decisions

Y-Maze内の視覚心理物理学アッセイを統合し、ナビゲーション上の意思決定で視覚的特徴が果たす役割を分離する

ここでは、モーションキューなどの代替視覚特徴が魚類の方向性決定にどのように影響するかを定量化する行動アッセイを示すプロトコルを提示する。代表的なデータは、ゴールデンシャイナー(Notemigonus crysoleucas)が仮想魚の動きに従う速度と正確さで提示されます。

Collective animal behavior arises from individual motivations and social interactions that are critical for individual fitness. Fish have long inspired ...

私たちのプロトコルは、自由に動く魚がグループ内を移動するときに経験する可能性のある視覚的特徴を模倣し、それらの機能がナビゲーションの決定にどのような影響を与えるかを定量化することを可能にします。この手法を使用すると、個々のレベルの指向性決定を感覚的な手掛かりに応じてリンクし、他のユーザーの行動に基づいてそれらの決定がどのように変化するかを確認できます。私たちの方法は、動物が自分の環境を評価し、ナビゲートする方法と、集団的意思決定、人工知能、および複雑なエンジニアリングシステムに関連する創発的な特性に関する洞察を提供します。自由に動く個人に対する心理物理学的アッセイを行うことは困難です。私たちは、機器からの不要な手がかりを通じて行動を偏らさせることなく、動物の感覚体験を最大限に制御するよう継続的に努めています。ビデオドキュメントは、透明性と希望に満ちた再現性を高める複雑な実験方法を明確にするための優れたフォーマットです。専用の部屋で、透明なサポートプラットフォームの上にカスタム構築された水密ポリメタクリレートY迷路プラットフォームを配置することで始めます。Yアーム保持と左右のドメイン領域は、建設時に同一でなければなりません。例えば、Y迷路の腕は長さが46センチメートル、幅が23センチメートル、深さが20センチメートルで、中央の決定面積は直径約46センチメートルです。頭上の黒と白のギガバイトのイーサネットカメラを設置して、上から迷路を記録し、コントロールルームに1ギガバイトのイーサネットカードを搭載したコンピュータに取り付けられた9メートルのインターネットプロトコルケーブルで魚の挙動と視覚的な投影を記録します。次に、接続されたコンピュータのソフトウェアを使用してカメラ設定を調整し、画像の明瞭度が関連する動作を視覚化するために最適化されるようにします。実験室の壁に沿って4つのオーバーヘッドトラック照明システムを設置し、迷路の反射を避けるためにライトを配置します。短い投射プロジェクターを迷路の支持構造の下端まで固定し、投影解像度を 1440 x 900 ピクセルに設定します。次に、画像処理プログラムを使用して、プロジェクタによって作成された光の歪みを測定し、修正します。実験を開始する前に、迷路の環境条件を保持システムの環境条件に設定し、コンピュータが生成した視覚刺激なしで5日間、1日あたり最大40分間動物をドメインに移します。この間、実験用のタンクに対象魚を選択、割り当て、計量、測定、および転送します。精神物理学的アッセイを開始するには、ルームプロジェクターと発光ダイオードライトトラックシステムを所定の明るさレベルにオンにして、電球を暖かくします。カメラビューアプログラムを開き、設定時に保存された絞り、色、録音の設定をロードして、最高の画質を得て、録画に使用するカメラをアクティブにします。[カメラ] ドロップダウン メニューから [フィーチャの読み込み] を選択し、保存した [カメラ設定] フォルダに移動します。保存した設定を開いてビデオの品質を確認し、[連続撮影]をクリックしてからビューアプログラムを閉じます。実験の過程で無作為化対象治療露光を伴う所定の実験スケジュールを用いて、現在の試験のために選択された値を入力し、治療の組み合わせデータをラボノートブックに記録し、Vfishでリターンキーを打つ。pde ウィンドウを使用して、視覚的な投影を開始します。仮想魚がドメインに表示されたら、クロックタイムを記録し、ホールディングゲートを持ち上げます。対象魚の体の50%が選択アームに移動したとき、または指定された実験アッセイ期間が経過した場合、試験を終了します。時計の時刻、ストップウォッチからの開始時刻と停止時間、および魚の選択を記録します。ビデオ録画を停止し、視覚刺激プログラムで一時停止を押して、ユーザーにトライアル結果データを求めます。選択を確認すると、プログラムは最初の画面に戻り、次の実験用の値を待ちます。その後、その保持タンクに魚を返し、次の試験のために保持領域Yアームに次の魚を配置します。セッションの終了時に、セッションの最後の魚がセッションデータをファイルに書き出す決定をした後、プログラムで停止を押します。朝のセッションの終わりに水の交換を繰り返して、試験間の水質の安定性を確保し、ラボノートブックを見直して必要なメモを作成します。最後の午後のトライアルの後、視覚刺激プログラムで停止を押して、収集したデータをデータ出力フォルダに出力します。この代表的な実験では、魚の大半は、それらの刺激の速度が増加するにつれて、方向刺激に従った精度の有意な改善を示した。しかし、決定速度の傾向は一貫性がなく、刺激速度レベル全体で非常に変動しており、刺激が動いているときには平均5倍から20倍長く被験者が時間がかかったことを示唆しています。私たちの方法は、応答タイミングと一貫性に対する致死的なストレスの影響のテストを含むように拡大することができ、個人間での社会情報の交換と転送方法に関する。私たちの技術は、Y迷路とランダムなドットモーションアッセイをうまく統合し、周囲をナビゲートする際に個人が従う感覚ルールを明らかにするのを助けました。水や電気を扱う場合は、GFCIスイッチ、ドリップループ、耐衝撃性の滑り止め履物などの安全対策を使用して、感電やスリップの可能性を低減します。

Research

JoVE Journal

Behavior

Methods to Explore the Influence of Top-down Visual Processes on Motor Behavior

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Kinesthetic awareness is important to successfully navigate the environment. When we interact with our daily surroundings, some aspects of movement are ...

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Psychophysical Tracking Method to Measure Taste Preferences in Children and Adults

子どもと大人で味の環境を測定するために心理物理追跡方法

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Visual Classical Conditioning in Wood Ants

木蟻で visual の古典的条件付け

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A Visual Guide for Studying Behavioral Defenses to Pathogen Attacks in Leaf-Cutting Ants

病原体の防御行動を研究するための視覚的なガイドの剪葉アリの攻撃します。

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