Fagot & Paleressompoulle1 发表了一种自动化学习装置（ALDM），旨在测试半散养状态下猴子的个体认知能力。我们方案的主要目标是利用一组ALDM测试单元组成的网络，研究非人灵长类动物的社会认知。
本文内容
摘要
摘要
Fagot ＆ Paleressompoulle1 和 Fagot ＆ Bonte2 发表了一种用于研究在半自由散养条件下猴子认知能力的自动化学习装置（ALDM）。过去五年积累的数据始终证明，该方案在研究猴子个体与物理认知方面具有高效性，并进一步表明此程序可降低动物测试过程中的应激水平3。本文表明，ALDM 网络还可用于研究猴子的社会认知及群体内表达行为的不同方面，并为此目的描述了三个示范性实验方案。第一项研究展示了如何将社会行为的动物行为学评估与认知表现的计算机化评估相结合，以探究社会性表达的情绪状态对个体认知表现的影响。第二项研究表明，多个并行运行的 ALDM 装置组合能够提供关于他人在场对任务表现影响的独特信息。最后，第三项研究显示，ALDM 测试单元网络还可用于研究与社会传播及文化演化相关的问题。这三项研究共同明确表明，ALDM 测试是一种极具前景的实验工具，可弥合动物研究中个体认知研究与社会认知研究之间的鸿沟。
引言
灵长类动物认知的实验性实验室研究几乎系统性地倾向于对隔离个体进行测试4，具体取决于所研究的问题。这种经典的实验室程序已被证明具有高效性，我们目前关于感知、记忆、推理和抽象概念化等方面的大部分知识均来源于对隔离个体的测试。对孤立个体进行测试具有诸多实际优势；这种方法便于实施复杂的实验设计，并结合高度严谨的行为测量（例如，毫秒级时间精度），而这些测量在其他情况下难以实现。然而，在研究社会互动对认知的影响时，这种方法也存在其局限性。当研究涉及个体之间的社会互动时，研究人员往往不得不放弃精密的实验室环境，转而选择大型围栏或野外环境。这一选择需要付出代价，因为在实验室外更难控制实验因素，并以同等精度测量其效应。理解真实的社会互动如何影响认知，是人类与非人灵长类动物研究中最具挑战性的科学难题之一。
本文介绍了一种新的实验方案，旨在缓解在实验室环境中研究非人灵长类动物社会认知所面临的普遍困难。Fagot & Paleressompoulle1 以及 Fagot & Bonte2 近期发表了一种用于评估在半自由环境中饲养的猴子认知能力的自动化学习装置（ALDM）。该方法结合了实验室中传统使用的操作性条件反射技术与射频识别（RFID）技术。在实际应用中，生活在社会群体中的猴子可以从其室外围栏自由进入多个ALDM测试单元。ALDM由开放式测试系统组成，包含了实验室中通常所需的所有设备，特别是用于呈现刺激并记录反应的触摸屏，以及用于发放奖励的食物分发器。当猴子进入ALDM测试单元时，RFID芯片读取器会捕获其唯一的数字身份信息，测试程序则利用该信息为该特定受试个体加载对应的研究任务。
过去5年积累的证据明确表明：（1）ALDM测试能够增强参与者的动机1,2，以及（2）有利于复杂学习5,6。ALDM测试在动物福利方面也显示出益处，可降低参与者的应激水平3，另见7。ALDM测试程序启发了多个研究团队开发测试装置，这些团队分别以黑冠猕猴（Macaca nigra）和恒河猴（Macaca mulatta）猕猴以及家鸽（Columba livia）为研究对象7,89。本文的主要目标是展示ALDM测试在社会认知研究领域中的潜在贡献。为此，本文描述了该协议的三种不同用途。ALDM测试单元已在Fagot & Paleressompoulle1的研究中得到详细描述。其结构如图1所示，下文将对其进行简要说明。ALDM测试单元是一种开放式操作条件测试系统，配备射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）系统，当猴子进入测试系统时，RFID系统可读取其体内微芯片信息，从而识别其身份。刺激材料呈现在触摸屏上，当受试者对这些刺激做出正确反应（即选择正确的刺激）后，测试系统内部会自动给予食物奖励。
方案
伦理声明：本研究遵循法国标准，并获得了法国国家伦理委员会“Comité d’Ethique CE-14 pour l’Expérimentation Animale”的批准。实验操作也符合动物行为研究协会的指导方针。
1. ALDM 测试单元设置
注意：按照 Fagot 和 Paleressompoulle1 的方法设置 ALDM 测试单元。
- 创建尺寸为（0.7 x 0.7 x 0.8 m）的测试舱3如所述1确保每个测试室具有2个侧面透明侧壁。每个测试室配备一个可在背面打开或关闭的滑动门（参见 图1打开ALDM装置的后门，以便从外壳内部接触测试系统。
- 将测试室前方面板安装一个（7.3 x 7 cm）2) 视窗，可观察位于设备前方的19英寸触摸屏，以及两个用于手动操作触摸屏的手动操作口。
- 在每个手部操作口周围安装连接到微芯片读取器的天线，具体方法如前所述1天线将捕获受试对象的射频识别（RFID）身份。
- 在每个测试舱前方安装一块19英寸电容式触摸屏。触摸屏用于呈现刺激材料并记录与反应相关的变量（准确率和反应时间）。将视窗与屏幕间距设置为25 cm。
- 将一台个人计算机连接到每个测试单元，用于运行测试程序。
注意：每次试验中，测试程序将确定受试者的测试方案（例如， 显示属性、刺激持续时间 等等。）并将行为测量指标（例如， 反应时间、准确率）与通过射频识别技术确定的猴子对应。 - 通过并行端口将食物分配器连接到PC计算机，具体方法如所述1该分配器将干小麦颗粒送入ALDM猴区。
- 按照所述方法，向每组个体的前臂注射 RFID 微芯片1.
注意：本操作应根据兽医规范进行。
图1：ALDM单元的实物图（A）和示意图（B）。每个测试单元包含五个主要组成部分。（A）触摸屏；（B）手孔；（C）观察窗；（D）食物分发器，在正确反应后向笼内递送食物；（E）计算机；（F）通向围栏的门。请点击此处查看该图的高清版本。
2. ALDM 网络设置
- 按照文献1所述方法，在两个8 × 4 m2的拖车中各安装5台ALDM设备，共10台ALDM设备。将每台ALDM测试单元连接至一个可通过IP地址访问的独立控制服务器（见图2）。确保ALDM单元能够从服务器下载和上传信息。
- 编写一个计算机测试程序，当ALDM测试单元识别出某只猴子时，该程序即从服务器下载文本文件1。在文本文件中提供该猴子使用设备时的当前实验状态信息（例如训练或测试阶段已完成的试验次数）。编写测试程序，使其能够利用这些信息呈现实验流程中预定义的训练或测试试验。
- 在测试程序中插入内联脚本，使其能够从服务器上传和下载数据。确保ALDM单元每天同步时钟两次。
注意：通过此流程，10台ALDM设备可提供信息，表明哪只猴子在何时使用哪一台设备，从而获取测试系统使用过程中的社会行为动态信息。 - 编写测试程序，使其在每次试验开始前，从服务器上传该猴子的当前实验状态信息。试验完成后，ALDM单元将更新服务器上该受试猴子的文本文件。
注意：将受试动物相关参数集中存储于控制服务器，可确保无论受试动物选择使用哪台ALDM测试单元，其测试顺序均严格遵循预设的实验顺序。 - 每次试验后，将以下数据以文本文件形式存储：日期、时间（HH:MM:SS格式）、当前测试程序名称、猴子名称、ALDM测试单元编号（例如，1）、测试阶段（例如，训练）、得分（1 = 正确行为反应；2 = 错误反应）、反应时间（精确到毫秒）。
图 2：ALDM 网络的示意图。 每个 ALDM 单元从唯一的控制服务器接收信息，并向其提供信息。 请点击此处查看该图的放大版本。
3. ALDM网络在社会认知研究中的应用示例
注意：ALDM 方案具有独特的优势，即可以在保持猴子处于其社会群体中的同时，让它们自由地与计算机进行交互。以下是3个实验方案，展示了如何利用ALDM测试单元网络来收集关于狒狒（Papio papio）社会认知的前所未有的信息。
- 结合行为学观察的计算机化 ALDM 测试：
注意：本研究的主要目标是评估情绪状态效价（积极 vs. 消极）对动物在计算机化 ALDM 测试中认知表现的影响。该实验流程见图3，本研究的完整细节已在 Marzouki et al.10 中发表。- 在每台计算机上安装视觉搜索任务，要求从多个干扰刺激中选择目标视觉刺激。
- 连续八天，手动观察并记录每只个体在围栏内表现出的行为及其发生时间，使用与控制服务器同步的计时器。
- 将围栏内出现的行为分为三类：情绪积极的社交事件（例如，理毛）、情绪消极的社交事件（例如，威胁）以及情绪中性非社交事件（例如，物体操作）。
- 分析在围栏内行为观察后3分钟时间窗口内获得的视觉搜索任务的反应时间。同步行为观察数据与计算机数据并进行分析（见图3）。
图3：3.1节的示意图。 在围栏中表现出的自发行为与ALDM测试中的认知表现同步记录。
- ALDM 测试期间社会影响的评估：
注意：本方案旨在研究在计算机化 ALDM 测试期间观众对认知表现的影响。有关此项研究的完整细节已发表于 Huguet 等.11- 在每个 ALDM 测试单元上安装一项任务，其中当屏幕上出现圆形时，需在屏幕右侧作出反应；当出现平行四边形时，则在左侧作出反应。
- 允许猴子自由使用这 10 套 ALDM 测试系统。因此，多只猴子可同时使用相邻的测试系统。记录每只个体所使用的系统。
注意：由于每个测试单元具有透明的侧壁，狒狒可以看到同种个体（如果存在）使用拖车中其他测试装置的情况。 - 确保测试程序记录每个个体的表现，以及每次试验的社会背景（即，其他 ALDM 测试单元是否同时被使用，以及由谁使用）。
- 分析反应时间随社会背景变化的情况。
- 通过计算机化个体间信息传递评估文化演化：
注意：本方案开发用于研究信息在参与者链式传递过程中的演化。该流程如图 4所示，有关此项研究的完整细节已发表于 Claidière 等.12- 训练参与者完成一项简单的记忆任务：首先在一个 4×4 的白色方格阵列中随机呈现 4 个红色方块。400 毫秒后，将所有红色方块变为白色，要求参与者触碰先前为红色的方块。
- 训练完成后，将前一个参与者的行为反应（触碰的方块）作为下一个参与者在链中的刺激输入（见图 4）。链中第一个个体除外，其方格阵列由计算机随机生成。
- 分析任务成功率随信息传递次数的变化。
图 4：第 3.3 节的示意图。 第一只狒狒（第一代）需完成由计算机生成的一组 50 次试验。该狒狒的运动反应随后被用于为传递链中的第二只狒狒（第二代）创建刺激材料。此过程依次重复，直至链中最后一只狒狒完成测试。 请点击此处查看该图的放大版本。
结果
如图所示 图5，面对威胁等负性行为后的反应时间显著长于中性行为后的反应时间例如， 物体操作）以及具有积极情绪价值的社会行为（如理毛行为）。本研究表明，社会情绪状态会影响认知测试中的表现。感兴趣的读者可在 Marzouki 等10 在 图6与单独隔离相比， trailer 中个体数量越多，反应时间越短，表明他人在场对已熟练掌握的反应具有社会促进效应。有关此项研究的更多细节可参见 Huguet 等11 图7 表明在传播试验中表现提升（蓝色方块），但在对照（随机）条件下则无此现象（黄色圆圈）。有关本研究的更多详细信息，可参见 Claidière 等12
图 5：第 3.1 节的示例结果。 在经历社会性正性、负性或中性事件后，视觉搜索任务中的平均反应时间（毫秒）。误差线表示标准差（SD）。
图 6: 第 3.2 节的示例结果。 社会存在对熟练习得反应速度的影响。该图显示了在相邻 ALDM 测试单元中每次试验期间，根据存在的同种个体数量而变化的平均反应时间（毫秒）。误差线表示标准误（SE）。
图7：第3.3节的示例结果。 在传播试验中（蓝色方块），狒狒的成功率（50次试验中的平均奖励次数）随着传播事件次数（代数）的增加而上升，但在随机对照试验中（黄色圆圈）则未见此趋势。误差线表示标准误（SE）。
讨论
灵长类动物学家一直对认知的社会性和非社会性方面表现出浓厚兴趣。然而，将这两个层面的理解整合起来一直存在困难。社会性测试有时在实验室中进行，但受试对象数量极为有限13。ALDM设备网络在这方面具有四个主要优势：（1）ALDM测试采用高度复杂的（计算机化）实验方案，并以毫秒级精度测量认知过程；（2）ALDM测试在被研究动物的自然社会环境中进行；（3）ALDM测试可应用于大群体动物，正如我们在研究中所实施的那样；（4）ALDM测试能够利用社会互动的自然自发发生，而不对个体施加特定社会情境的限制。
ALDM 网络因此为整合社会性和非社会性因素，开展认知的多维度综合分析提供了新的途径。
本文通过三个实验方案展示了这种整合性方法，但除这些关键示例外，尚存在诸多其他可能性。例如，我们实验室收集的初步（未发表）证据表明，使用相邻测试单元的猴子在其社会群体内也具有最强的亲缘性社会联结。若该效应得以证实，则ALDM测试的自动化特性将有助于获取大量关于社会动态的信息，从而推动纵向社会计量学研究。例如， 基于非人灵长类动物的社会距离测量指标）
目前，ALDM 测试的局限性尚不明确。例如，群体的社会结构（如性别比例）在多大程度上影响受试个体的活动水平，仍不清楚。然而，ALDM 测试似乎是一种极具前景的工具，可弥合个体认知研究与更侧重社会认知的研究之间的明显差距。该方法的使用有助于识别可能影响个体认知的社会因素，并更精确地测量这些因素的作用效果。此外，我们先前的研究表明，ALDM 测试还能促进动物福利：它是一种行为丰富化形式，可降低应激水平（通过皮质醇水平和异常刻板行为次数推断）3。因此，ALDM 测试对科研人员和动物均具有显著益处，未来应在实验室和动物园中更广泛地加以应用。
披露
作者声明不存在任何竞争利益。
致谢
本研究得到了“Federation de Recherche 3C”、马赛大学以及欧盟Euprim-Net-II项目（#RII3-026155）的支持。本工作还获得了法国国家科研署（ANR）监管的公共资助，资助项目包括LICORNES计划（ANR-12-CULT-0002）和ASCE计划（ANR-13-PDOC-0004）。特此感谢位于罗塞特-叙尔-阿尔克的法国国家科学研究中心灵长类动物站工作人员提供的技术支持。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 触摸屏 | 型号 ET1939L，Elotouch 公司；Berwyn，IL | ||
| 射频识别微芯片读取器 | 型号 Petscan RT100 Version 5，Real Trace 公司；Villebon sur Yvette，法国 | ||
| Eprime 软件 | Professional，版本 2.0，Psychology Software Tools 公司；Pittsburg，PA | ||
| 连接至网络的个人计算机 | HP-Pavillon，由本实验室编程配置 | ||
| 食物分发器 | 本实验室自制 |
参考文献
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