الخلفية. التجارب الكمية على سلوك الحيوان (مثل الخيار القسري، وتجنب صدمة، T-المتاهة، الخ.) عادة ما تستخدم لتحقيق فرضيات محددة تتعلق المهارات الحسية والحركية والتعلم وتكوين الذاكرة. ومع ذلك، هذه التجارب تقييدا تفوت الكثير من ثراء سلوك الحيوان الطبيعي ويرجح أن يؤدي إلى نماذج من التبسيط أساس العصبية الكامنة وراء السلوك. لذا التجارب في ظل ظروف أكثر طبيعية تشكل مكملا هاما يمكننا من خلالها استكشاف المزيد تماما ذخيرة سلوكية الأنواع. يجب أن التجارب التي تنطوي على الحيوانات تتحرك بحرية، ومع ذلك، ومعالجة التحديات التقنية الفريدة مثل التحف تسجيل الناجم عن الحركة. على عكس الاستجابات أثار التحفيز، لا يمكن توقع حدوث عفويا السلوك الاستكشافي، وبالتالي الاشخاص الخاضعين للتجارب يجب أن يتم رصدها باستمرار وتعقب على مدى فترة ممتدة من الزمن. كاليفورنيا أسئلة بحثية محددةن تكون أفضل تتناولها الكائنات المختارة بعناية والأدوات التقنية المتاحة. على سبيل المثال، تقنيات التسجيل والتحفيز البصرية مثل أجهزة استشعار الكالسيوم مشفرة وراثيا 1 و 2 optogenetics تم تطبيقها بنجاح على التحرك بحرية الكائنات نموذج الجينية 3-5. بدلا من ذلك، يمكن لنظم القياس العصبية المنمنمة تسجيل وتحفيز بحرية تتحرك الحيوانات الصغيرة 6،7.
الأسماك الكهربائية. المنتدى الاقتصادي العالمي الأنواع توليد التفريعات الكهربائية الجهاز (EODs)، والتي تتيح لهم الشعور محيطهم المباشر أو التواصل عبر مسافات أكبر. الأنماط الزمنية من EODs تختلف في ظل ظروف مختلفة مثل الحركات الذاتي 8،9، 10،11 المنبهات الحسية، والتفاعلات الاجتماعية 12،13. المنتدى الاقتصادي العالمي الأنواع نبض من نوع تنتج قطار من البقول منفصلة، في مقابل موجة من نوع الأنواع التي تولد الموجات شبه جيبية المستمر. بشكل عام، نبض من نوع المعرض الأنواع موره معدل التخلص من الذخائر المتفجرة متغير مقارنة مع الأنواع موجة من نوع، وتعكس معدلات التخلص من الذخائر المتفجرة الحيوانات عن كثب محتويات الجدة المحيطة بهم 10،14 الحسية. يمكن الأنواع نبض من نوع تقصير فورا الفاصل الزمني بين نبضة (IPI) ضمن دورة نبض واحد في الاستجابة إلى الاضطراب الحسي رواية (استجابة الجدة 10،11،14). سلوك الكهربائية المستمرة لهذه الأسماك يمكن مضطرب من جراء المحفزات الحسية غير المنضبط من مصادر خارجية، ومعروفة أنواع مختلفة من المحفزات مثل الاهتزاز، والصوت، والكهرباء، وعلى ضوء الردود الجدة الزناد. لذا، يجب اتخاذ احتياطات خاصة لمنع أو تخفيف المحفزات الحسية الخارجية خلال مراقبة طويلة الأجل من المنتدى الاقتصادي العالمي السباحة الحرة. بهذه الطريقة، والتغيرات في معدل التخلص من الذخائر المتفجرة ومسارات الحركة ويمكن أن يعزى بشكل خاص إلى المحفزات التي قدمها المجرب.
خزان ماء وغرفة العزل، ولذلك وضعنا طبقات متعددة من مواد امتصاص الاهتزاز يوالتانجو على خزان ماء كبير (2.1 متر x 2.1 متر x 0.3 متر)، وحاصرت دبابات مع ضميمة معزولة لمنع مصادر خارجية للضوء والضوضاء الكهربائية، والصوت والتدفق الحراري. معدل التخلص من الذخائر المتفجرة يعتمد على درجة الحرارة المحيطة 15،16، وبالتالي تم تنظيم درجة حرارة المياه بإحكام في مجموعة الاستوائية (25 ± 1 درجة مئوية) لمدة الأنواع الجنوبية المنتدى الاقتصادي العالمي الأمريكي. اقمنا في (10 سم عمق المياه) وخزان كبير الضحلة لمراقبة السلوكيات الاستكشافية المكاني للمنتدى الاقتصادي العالمي يقتصر أساسا في بعدين (الشكل 1A). تم تقسيم الخزان إلى الساحة المركزية لمراقبة السلوكيات المكانية، وأربع حجرات الزاوية لإيواء منفصل الأسماك الفردية (الشكل 1B). وقد بنيت كل حجرة للماء لمنع الاتصالات الكهربائية بين الأفراد. وتمت السيطرة صول الحيوانات إلى الساحة المركزية من الخارج عن طريق أربع بوابات الآلية. وضعت بوابات بين المقصورات، وأنها أصبحت ماء عندما تخوضبواسطة النايلون الجناح المكسرات. لم يستخدم أي أجزاء معدنية تحت الماء منذ المنتدى الاقتصادي العالمي تتفاعل بحساسية للمعادن.
تسجيل التخلص من الذخائر المتفجرة. يتم إنشاؤها EODs بطريقة نمطية بواسطة تفعيل واحد (في Mormyrids) أو عدة أجهزة كهربائية موزعة مكانيا (في Gymnotiforms) 17،18. يمكن أن التحويرات الزمنية في معدل التخلص من الذخائر المتفجرة تكشف الأنشطة العصبية على مستوى أعلى، حيث يتلقى جهاز تنظيم ضربات القلب العصبية النخاعية مدخلات مباشرة من مناطق الدماغ مثل أعلى نواة prepacemaker الدماغ البيني، الذي يتلقى بدوره التوقعات محور عصبي من الدماغ الأمامي 19. ومع ذلك، فإن توقيت التخلص من الذخائر المتفجرة يجب أن يكون استخراجه بعناية من تسجيل الموجي الخام وليس متحيزا بواسطة التشوهات الناجمة عن حركة الحيوان. الحقل الكهربائي التي تم إنشاؤها بواسطة المنتدى الاقتصادي العالمي يمكن أن يقترب باعتباره ثنائي القطب، وبالتالي التخلص من الذخائر المتفجرة سعة النبض في أقطاب تسجيل تعتمد على المسافات النسبية والتوجهات بين الحيوان والأقطاب 8،20. movem الذاتي الحيوانالوالدان تغيير الهندسة النسبية بين الحيوان والأقطاب، وبالتالي يتسبب في حركات سعة التخلص من الذخائر المتفجرة في أقطاب مختلفة لتختلف مع مرور الوقت بطريقة متقلبة (انظر الشكل 2B في يونيو وآخرون. 8). وعلاوة على ذلك، والحركات الذاتية أيضا تغيير الشكل من الطول الموجي سجلت التخلص من الذخائر المتفجرة، وذلك لأن المساهمات النسبية من مجموعة مختلفة من الأجهزة الكهربائية تعتمد على مواقعها على طول الجسم والانحرافات المحلية التي أدخلها الذيل الانحناء. التشوهات الناجمة عن الحركة في سعة التخلص من الذخائر المتفجرة والأشكال يمكن أن يؤدي إلى التخلص من الذخائر المتفجرة القياسات توقيت غير دقيقة ولا يمكن الاعتماد عليها. تغلبنا هذه المشاكل عن طريق حساب متوسط الطول الموجي مكانيا التخلص من الذخائر المتفجرة متعددة سجلت في مواقع مختلفة، وذلك بإضافة عامل تصفية استخراج المغلف لتحدد بدقة توقيت التخلص من الذخائر المتفجرة من المنتدى الاقتصادي العالمي السباحة الحرة. بالإضافة إلى ذلك، لدينا تقنية يقيس أيضا سعة التخلص من الذخائر المتفجرة، والتي تشير إلى ما إذا كان الحيوان يستريح أو تتحرك بنشاط على أساس التغيير في التخلص من الذخائر المتفجرةسعة بمرور الوقت (انظر الأرقام و2E 2F). سجلنا إشارات تضخيمها بشكل مختلف من أزواج القطب تسجيل للحد من الضوضاء المشتركة واسطة. منذ يتم إنشاء البقول التخلص من الذخائر المتفجرة في فترات زمنية غير منتظمة، الحدث السلاسل الزمنية التخلص من الذخائر المتفجرة يكون معدل أخذ العينات متغير. ويمكن التخلص من الذخائر المتفجرة تحويل السلاسل الزمنية لمعدل أخذ العينات المستمر من قبل الاستيفاء إذا لزم الأمر عن طريق أداة تحليلية في الاختيار.
تسجيل الفيديو. على الرغم من تسجيل التخلص من الذخائر المتفجرة يمكن رصد نشاط الحركة الإجمالية للحيوان، وتسجيل الفيديو يسمح قياسات مباشرة لموقف جسم الحيوان والموقف. الأشعة تحت الحمراء القريبة (الجرد) إضاءة (λ = 800 ~ 900 نانومتر) يسمح الملاحظة البصرية رابط الجأش من السباحة بحرية السمك 21،22، منذ WEFs هي الأكثر نشاطا في الظلام وعيونهم ليست حساسة لنير الطيف 23،24. يمكن لمعظم أجهزة استشعار التصوير الرقمي (مثل CMOS أو CCD) التقاط الطيف الجرد الوطني مع طول الموجةح تتراوح ما بين 800-900 نانومتر، بعد إزالة الأشعة تحت الحمراء (IR) منع تصفية 25. بعض الراقية كاميرات المستهلك الصف العرض عالية الوضوح، وزاوية عرض واسعة وجيدة حساسية الإضاءة المنخفضة، والتي يمكن أن تنتج نوعية صورة مماثلة ل، أو متفوقة على المهنية الصف كاميرات الأشعة تحت الحمراء المتوفرة في التكاليف أكبر من ذلك بكثير. بالإضافة إلى ذلك، يتم تجميع بعض كاميرات المستهلك الصف مع برنامج تسجيل التي تسمح للمدة الممتدة تسجيل عن طريق ضغط الفيديو دون فقدان الجودة. معظم الكاميرات الاحترافية توفر التزامن TTL مخرجات أو مدخلات نبض الزناد TTL نبض 26 للمواءمة بين توقيت الفيديو مع الإشارات الرقمية، ولكن هذه الميزة غير موجودة عادة في كاميرات المستهلك الصف. ومع ذلك، فإن توقيت بين تسجيل الفيديو والتحويل الرقمي إشارة يمكن أن تكون مطابقة بدقة من خلال التقاط الأشعة تحت الحمراء في نفس الوقت وامض LED بشكل دوري مع الكاميرا والتحويل الرقمي إشارة. ويمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء توقيت نبض الأولي والنهائيق اثنين من علامات الساعة المعايرة لتحويل الأرقام إطار الفيديو إلى وحدة الوقت إشارة التحويل الرقمي والعكس بالعكس.
الإضاءة والخلفية. التقاط صورة عن طريق المياه يمكن أن يكون تحديا تقنيا بسبب انعكاسات الضوء على سطح الماء. سطح الماء يمكن أن تكون بمثابة مرآة تعكس المشهد البصري فوق الماء، والخصائص البصرية غامضة تحت الماء، وبالتالي المشهد فوق الماء يجب تقديم ملامح لمنع التدخل البصرية. من أجل صورة الحوض كله، يحتاج إلى كاميرا وضعها مباشرة فوق الماء، ويجب أن تكون مخفية وراء السقف فوق حفرة صغيرة مشاهدة لمنع انعكاسها على سطح الماء. علاوة على ذلك، يمكن إنتاج سطح الماء يبرز على نحو فاضح والإضاءة غير منتظم إذا من المتوقع بشكل غير صحيح مصادر الضوء. الإضاءة غير المباشرة يمكن أن يحقق سطوع موحد على الحوض كله التي تهدف الى مصادر الضوء نحو السقف، على ان يكون السقف ووول المحيطةيمكن ليرة سورية تعكس ونزع فتيل الأشعة الضوئية قبل وصولها إلى سطح الماء. اختيار إضاءة الأشعة تحت الحمراء يطابق الاستجابة الطيفية للكاميرا (على سبيل المثال 850 نانومتر ذروة الموجة). الضجيج الكهربائي من مصادر الضوء يمكن التقليل باستخدام أضواء LED ووضع إمدادات الطاقة إلى خارج العاصمة من قفص فاراداي. وضع خلفية بيضاء تحت الخزان، منذ الأسماك يتناقض بشكل جيد في خلفية بيضاء في موجات الجرد الوطني. وبالمثل، واستخدام غير لامع اللون الأبيض على الأسطح الداخلية للغرفة العزل يوفر موحد ومشرق الإضاءة الخلفية.
تتبع الفيديو. بعد تسجيل الفيديو، يمكن للصورة خوارزمية تتبع الآلي قياس المواقف جسم الحيوان والمواقف مع مرور الوقت. تتبع الفيديو يمكن تنفيذها تلقائيا إما عن طريق برامج جاهزة للاستخدام (وجهة نظر أو Ethovision)، أو برامج للمستخدم برمجة (OpenCV أو معالجة الصور MATLAB الأدوات). كخطوة أولى من تتبع الصورة،تحتاج منطقة تتبع صالح إلى أن يعرف عن طريق رسم شكل هندسي لاستبعاد خارج المنطقة (اخفاء العملية). المقبل، يحتاج صورة حيوان أن تكون معزولة من الخلفية عن طريق طرح صورة الخلفية من صورة تحتوي على الحيوان. يتم تحويل الصورة إلى طرح تنسيق ثنائي من خلال تطبيق عتبة كثافة، مثل أن النقطه الوسطى ومحور التوجه يمكن حسابها من العمليات المورفولوجية ثنائي. في Gymnotiforms 27-29 وMormyrids 30-32، وكثافة electroreceptor هو أعلى بالقرب من منطقة الرأس، وبالتالي موقف رئيس في أي لحظة يشير إلى موقع أعلى البراعة الحسية. المواقع الرأس والذيل ويمكن تحديد تلقائيا من خلال تطبيق عمليات تناوب الصورة وثاب مربع. يمكن تمييز نهايات الرأس والذيل من بعضها البعض من خلال تحديد يدويا لهم في الإطار الأول، وتتبع مواقعها من المقارنة بين اثنين من الأطر المتعاقبة.