Name: 测试的速度和运动方向的视觉灵敏度在蜥蜴 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2006-12-14T00:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 30 s
Description: 学习利用操作性条件反射范式测试蜥蜴对随机点运动图和计算机生成无脊椎动物的视觉运动敏感性。该方法有助于研究爬行动物的视觉感知和学习记忆能力。

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我要感谢来自动物行为综合研究中⼼（CISAB）的 Christopher Evans 和 Darren Burke。

Jacky Dragons
杰克氏蜥蜴（A. muricatus）被饲养在温控的圈养设施中。
围栏由定制的玻璃饲养箱构成，尺寸为60 cm3。围栏内填充了悉尼沙质基质、本地植物以及天然木制栖木。围栏放置在可移动的推车上，以便将实验对象置于所有观察显示器的正中央。
在模拟夏季条件下，将蜥蜴置于14小时光照:10小时黑暗的光周期中，并在每日白天的前半小时内提供热源灯（125 W）和充足的紫外线（UV）照明（300 W）。蜥蜴可自由饮水，在非实验期间饲喂经维生素补充剂处理的蟋蟀（Achetus domesticus），并定期使用稀释剂量的伊维菌素驱除寄生虫。
用于回放的设备
使用三个视频播放设备进行刺激呈现（见图1）。中央设备包含一台iMac（Apple Computer Inc.），用于呈现点状刺激。另外两个设备各包含一台运行Final Cut Pro HD的iMac，用于呈现播放刺激（即无脊椎动物）。
数字信号被发送至高级数字视频转换器（Canopus©gt ADVC110，澳大利亚维多利亚州墨尔本）进行数模转换，以实现视频回放，并在索尼特丽珑（Sony Corporation，日本东京品川）显示器（型号：PVM-14M2A/PVM-14L2/PVM-14N5A）上显示。一台佳能（型号 MV650i）数码摄像机，配备22倍光学变焦镜头（佳能公司，日本），安装在测试区域正上方，直接将对刺激的反应记录到索尼（Sony Corporation，日本东京品川）录像机（序列号：SLV-EZ717AS）中。
记录的图像被传送至彩色取景器（NEC，序列号 1892，日本神奈川）。在点阵显示开始后 7.5 秒，一个电子生成的声音标记被发送至 Canopus® ADVC110 并记录到 VHS 上。视频播放按 PAL-DV 标准进行调整（5:1 压缩；水平分辨率 575 线；25 帧/秒）。
随机点运动图（RDKs）
可以使用 VPixx V1.79（VPixx V1.79，VPixx Technologies Inc. 2002）开发 RDK。
设计刺激图像，视场为30 × 20度，填充200个点，每个点大小为5&nbsp;× 5像素。
构建包含八种速度变化、八种相干性水平和两个方向的点刺激，共生成128种不同的刺激。 
速度参数以度每秒（°/s）设计。速度变化分别为 0.5、2.5、5、10、20、40、80 和 160°/s。相干性百分比为 0、2.5、5、10、20、40、80 和 100%，运动方向为向左或向右。
将每个序列导出为Motion JPEG-B文件。然而，您可以设计具有多种特征的RDKs。
每个序列总持续时间为15秒。序列开始时为2.5秒、0%相干度，并与试验中的速度变量相匹配，此阶段启动当前试验。随后是5秒的速度与相干度组合变化期。最后以7.5秒、100%相干度、朝适当方向运动结束该序列。
导入所有 Motion JPEG-B 序列，并在 Apple Final Cut Pro HD（Apple Computers Inc.）中进行编辑。在每个时间间隔处添加一个声音标记。该标记仅对 VHS 可听，用于在刺激呈现发生变化时作为行为评分的提示。将全部 128 个序列分别导出为 Final Cut Pro 电影文件。
初级强化物 - 面包虫
实验期间，将受试者置于随机强化程序中，每区组试验包含五次试验（共16次试验）。主要强化物为黄粉虫（Tenebrio molitor）。
次级强化物&nbsp;— 动画无脊椎动物 
次级强化物需与初级强化物配对使用。所创建的具有生物学意义的强化物包括三种计算机动画的无脊椎动物：1）蟋蟀，2）螨虫，3）蜘蛛。
使用 Lightwave v8.3（NewTek Inc.，美国德克萨斯州圣安东尼奥市）创建时长为 15 秒的动画，前 7.5 秒为静止背景，随后 7.5 秒为无脊椎动物出现在相应屏幕上。
拍摄自然植被背景照片，作为JPEG文件导入每个视频片段中。将每个序列导出为单独的JPEG图像序列（共375帧），并使用Final Cut Pro HD将其压缩为视频文件以供播放。设计50个不同的视频片段，以防止对条件化范式产生习惯化。
常规操作步骤
将受试者置于观察显示器之间。
为每位受试者随机呈现RDK刺激。
在八天内以每组16次试验的形式呈现刺激。每次试验持续15秒，试验间间隔为30-60秒。将每次试验的时间段分为2.5秒的0%相干性阶段，用于反映测试速度；随后5秒用于测试速度和相干性；最后7.5秒为100%相干性，方向与测试速度相匹配。
在此5秒的关键期内，受试者需要作出反应。记录因变量指标，包括朝向左侧或右侧显示器的注视方向以及反应潜伏期。
仅使用五次随机试验，并以初级强化物对每次试验进行强化，每次试验均用动画无脊椎动物进行强化。每个区组试验结束后，将受试者围栏从测试区域移除，并引入另一个围栏。

<ol><li>Burghardt, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Learning+processes+in+reptiles%5BTitle%5D)+AND+%22Biology+of+the+reptilia%22%5BJournal%5D)">Learning processes in reptiles.</a> Biology of the reptilia. Gans, C., Tinkle, D. W. 7, Academic Press. New York. 555-681 (1977).</li>
<li>VPixx, Instruction Manual. VPixx Techniologies Inc. , 96(2002).</li>
</ol>

研究经费由麦考瑞大学CISAB和心理学系研究生奖学金以及澳大利亚研究理事会提供支持。 
研究遵循澳大利亚麦考瑞大学动物伦理委员会（2003/014）和新南威尔士州国家公园与野生动物服务局（S11024）的伦理准则进行。

测试蜥蜴物种的感觉能力一直较为困难，且在很大程度上是一项繁琐而艰巨的工作。这些困难主要源于难以找到合适的强化物或建立有效的实验方案。本文中，我建立了一种成功测试蜥蜴运动感知能力的实验方案。该方法也可用于测试其他视觉特征以及其他感觉机制。此外，该方案可能适用于其他物种。本实验方案的价值不仅在于帮助我们理解自然行为，还可将蜥蜴行为作为其他科学研究的模型。

<table><tbody><tr><td>iMac</td><td>计算机</td><td>Apple</td><td></td><td>三个系统</td></tr><tr><td>Canopus&amp;#174;</td><td>数字-模拟转换器</td><td>Canopus&amp;#174;</td><td>ADVC110</td><td></td></tr><tr><td>Sony Trintron</td><td>彩色取景器</td><td>Sony Corporation</td><td>PVM-14M2A, PVM-14L2, PVM-14N5A</td><td>三台显示器</td></tr><tr><td>Canon</td><td>数码摄像机</td><td>Canon, inc.</td><td>MV650i</td><td>记录行为</td></tr><tr><td>NEC</td><td>彩色取景器</td><td>NEC Corporation</td><td>1892</td><td>观察反应</td></tr><tr><td>Sony VCR</td><td>VHS录像机</td><td>Sony Corporation</td><td>SLV-EZ717AS</td><td>将行为记录到VHS磁带</td></tr><tr><td>VHS磁带</td><td></td><td></td><td>通用VHS</td><td>记录介质</td></tr><tr><td>VPixx</td><td>软件程序</td><td>VPixx Technologies, Inc.</td><td>v1.79</td><td>用于创建RDKs</td></tr><tr><td>Final Cut Pro</td><td>软件程序</td><td>Apple</td><td>HD</td><td>用于创建播放序列</td></tr><tr><td>Lightwave&amp;#174; 3D</td><td>软件程序</td><td>NewTek Inc.</td><td>v8.3</td><td>用于创建次级强化物</td></tr><tr><td>黄粉虫</td><td>Tenebrio molitor</td><td>Pisces Enterprises LTD</td><td></td><td>初级强化物</td></tr><tr><td>蟋蟀</td><td>Achetus domesticus</td><td>Pisces Enterprises LTD</td><td></td><td>饲养用食物</td></tr><tr><td>爬虫饲养箱</td><td>玻璃</td><td>Crystal Palace Aquariums</td><td></td><td>蜥蜴饲养容器材料（60 cm x 60 cm x 60 cm）</td></tr><tr><td>灯泡</td><td>Spotone</td><td>Philips</td><td></td><td>125 W，蜥蜴用加热灯</td></tr><tr><td>紫外灯泡</td><td>Ultra-Vitalux</td><td>Osram</td><td></td><td>300 W，蜥蜴用紫外线灯</td></tr><tr><td>Herptivite</td><td></td><td>Rep-Cal Research Labs</td><td></td><td>维生素：β-胡萝卜素、钙和维生素D3</td></tr></tbody></table>

测试蜥蜴对运动速度和方向的视觉敏感性

Testing Visual Sensitivity to the Speed and Direction of Motion in Lizards

对任何物种进行视觉敏感性测试均可提供有关其行为、进化和生态的基本信息。然而，针对视觉系统特定特征的测试能为功能应用提供更有力的实证依据。对感觉系统的研究可揭示该物种的感觉能力、学习与记忆能力，并建立已知的基线行为，以便评估后续行为偏差（Burghardt, 1977）。然而，与哺乳动物或鸟类系统不同，在爬行动物中测试学习和记忆能力具有较大难度。此外，使用操作性范式作为感觉能力的心理物理学测量手段同样面临挑战。历史上，爬行动物在条件化实验中反应较差，原因涉及动机、生理、代谢以及基本生物学特性等方面的问题。本文中，我展示了一种应用于新型蜥蜴模型——杰克龙（Jacky dragon, Amphibolurus muricatus）的操作性范式，并描述了如何测试其对外界显著速度和运动特征的周边敏感性。该方法采用创新方式评估蜥蜴的学习能力和感觉能力。我使用随机点运动图（random-dot kinematograms, RDKs）来测量对速度的敏感性，并通过改变朝一致方向运动的点的比例来调节信号强度。RDKs 并不代表具有生物学意义的刺激，但能有效激活视觉系统，是用于测量人类及其他动物感觉敏感性的经典心理物理学工具。在此，通过三个视频回放系统向蜥蜴呈现 RDKs 刺激。蜥蜴需选择其感知到的点阵运动方向（左或右）。选择正确方向将获得具有生物学重要性的猎物刺激作为强化，该刺激由计算机动画模拟的无脊椎动物呈现。

利用操作性条件反射范式，通过播放随机点运动图和计算机生成的无脊椎动物视频来测试蜥蜴的视觉敏感性。

在任何物种中测试视觉敏感性均可提供有关其行为、进化和生态的基本信息。然而，测试……的特定特征

大家好，我是来自澳大利亚悉尼麦考瑞大学动物行为综合研究中心的 Kevin Wu。在这篇视频文章中，我将介绍如何对蜥蜴进行运动敏感性测试。当我提到运动敏感性测试时，指的是采用操作性条件反射范式来进行实验。当提到经典条件反射和条件化时，指的是通过让一个动物或人类受试者学习某个对象的特征，使其在该对象出现时能够产生适当的反应，并期望通过该反应获得强化。现在，条件反射研究通常有助于我们理解两个方面：其一，它使我们能够了解个体的学习与记忆能力或感知能力；其二，它使我们能够了解该特定个体或物种的感知能力。目前，测试蜥蜴的运动敏感性以及学习和记忆能力一直相当困难，主要原因在于某些特定参数难以明确。其一，蜥蜴在建立特定的动机系统方面 notoriously 难以实现，同时也难以找到合适的强化刺激以使其持续关注当前任务。在此，我们将采用杰姬蜥蜴（Jackie Lizard）作为模式物种，用于测试学习与记忆能力，尤其是运动敏感性。杰姬蜥蜴是澳大利亚本土的一种石龙子科物种，具有高度隐蔽性，白天活动频繁，其特征是具有高度定型的视觉展示行为，用于社会交流。我观察到这种物种具有显著的视觉展示特征，使其在视觉上尤为突出。因此，在本视频中，我们将展示不仅杰克龙能够学习并记住某些事物，而且它们还具有相当高的感知敏感度。此外，我希望证明杰克龙也可被用作或其他特定任务的模式物种。如前所述，随机图具有高度的盐性并能有效激活视觉系统。它们不会引发识别反应，也不类似于任何具有生物学意义的物体，是人类和动物感知研究中的经典心理物理学技术。当我们谈到心理物理学时，实际上是指理解声音或物体的特征或属性。动物受试者或参与者的反应使我们能够了解这些特定特征在何种阈值下可被听到或看到，从而帮助我们理解这些生物的感官知觉。以下是 VPX 功能的一个示例。在此示例中，我们有一个内圈，其上的点正朝向前景移动，而在背景中则是随机分布的点。V PPIC X 可用于创建一系列不同的错觉，以测试感觉知觉的不同特征。除了这些特征外，它还允许我们控制诸如相干性（即运动方向）以及这些点的运动速度等参数。Final Cut Pro 是苹果公司提供的一款视频编辑软件。Final Cut Pro 主要分为三个部分。画布用于查看正在构建的时间线序列。时间线用于放置序列的各个部分或各个片段，并可按照时间顺序进行浏览。而资源库则可用于存储多个序列，或将序列存放其中以备后续添加到时间线中。所有点序列均使用 Final Cut Pro 完成。在 VIX 中最初设计的所有序列将被导入到资源库中。在画布视图中，您可以查看点序列生成的示例。然而，所有点的呈现均基于时间轴。因此，此处示例显示最初 2.5 秒为 0% 相干性，随后为 5 秒的可变刺激，最后为 7.5 秒的 100% 相干性。接下来您将看到点运动速度和点相干性变化的示例。速度的单位仍然是度/秒，而相干性是指向左或向右移动的点所占的百分比。这是一个完整的点阵序列示例，此处所有点均以每秒10度的速度移动。最初显示2.5秒的0%相干性。在此示例中，在可变阶段，接下来的五秒内将有40%的点向左移动。随后是7.5秒的100%相干性，方向向左。总时长为15秒。我们的实验装置包含三个视频播放系统。随机点运动图样显示在中央显示器上。当受试者做出正确选择后，相邻的显示器上将呈现次要强化刺激。右侧所示的 IMAX 存储了显示屏上的所有视频片段。位于测试区域上方的摄像机对实验过程进行录像，并可在取景器和录像机上实时查看。所有数字序列均使用大麻盒从模拟信号转换而来。使用 LightWave 布局版本 8.3 创建了二级强化物。LightWave 是一种三维动画工具，可让我们构建用于制作这些动画的场景。光波布局有两个特定特征：第一个是相机以及能够观察到物体的位置，第二个是光源，这些光源将照亮物体所在的区域。我们选择了三种动画无脊椎动物作为辅助强化材料。这些无脊椎动物包括蟋蟀、螨虫和蜘蛛。它们与这些实验对象在自然环境中所见到的生物非常相似。这些无脊椎动物的运动方式也模仿了真实情况下的活动行为，并使用数码摄像机进行录像和记录。这是我们的基本测试装置。红圈标示出我们的受试者。最初，受试者前方的屏幕上会显示 2.5 秒的 0% 相干性画面。在呈现 0% 相干性 2.5 秒后，受试者将看到持续 5 秒、点运动速度和相干性不断变化的视觉刺激。在这关键的 5 秒内，受试者需要选择左侧或右侧显示器。根据这些视觉特征的变化，受试者正确选择对应显示器的能力为我们理解其感觉功能提供了依据。在此示例中，由于点的移动方向为百分之百向左，受试者应前往左侧显示器。在此期间，受试者需利用从移动点获取的信息，移向左侧显示器。在五秒的关键时期内，受试者应选择正确的显示器。在这种情况下，应为左侧的显示器。然后在7.5秒时，如果受试者选择了正确的显示器，系统将给予一个次级强化刺激，而本实验中的次级强化刺激是一种虚拟无脊椎动物。在下一节中，您将看到一个实际试验完整过程的演示。早期建立该可靠实验程序的尝试均未成功，原因主要有以下几点：首先，缺乏主要强化物；其次，作为次级强化物使用的并非机械无脊椎动物，而是展示社会行为的蜥蜴影像。第三，每次试验的持续时间过长。上述各个因素均阻碍了受试者实际获得关联性，反而增加了受试者之间的厌恶表现。我认为，正是这些因素在过去未被消除或未被调整，从而导致受试者无法建立关联性。现在我们已经建立了一套成功的实验流程，这一过程在很大程度上经历了反复的尝试与修正。尽管蜥蜴在建立特定操作程序方面以难度较高而著称，但该方法已被证明是成功且相当可靠的。因此，我们不仅能够研究杰克蜥蜴的视觉通讯和视觉敏感性，还很可能将此方法推广应用至其他蜥蜴及其他物种。此外，该方法也可用于视觉其他方面的研究。我们还可以将其应用于其他感觉模式，如听觉、化学感受和触觉感知。

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Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

测试的速度和运动方向的视觉灵敏度在蜥蜴

使用杰基龙作为模型生成的计算机模拟刺激。...

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