Mit der FishSim Animation Toolchain zu Fisch Verhalten zu untersuchen: A Case Study on Partnerwahl kopieren In Segelkärpflinge Mollies
8. November 2018
Mit der neuartigen FishSim Animation Toolchain, präsentieren wir ein Protokoll zur nicht-invasiven visuellen Manipulation der Information der Öffentlichkeit im Rahmen der Partnerwahl kopieren in Segelkärpflinge Mollies. FishSim Animation-Toolchain bietet einen einfach zu bedienenden Rahmen für Design, Animation und Präsentation des Computer-animierten Fische Impulse für Verhaltensexperimente mit live-Test Fisch.
Diese Methode kann helfen, schlüsselhafte Fragen bei der Untersuchung des Fischverhaltens zu beantworten, insbesondere im Bereich der Mate-Auswahl und hier die faszinierende Strategie des Mate-Choice-Kopierens zu studieren. Der Hauptvorteil unserer Technik ist, dass wir die totale Kontrolle über das Aussehen und das Verhalten der Fischreize haben, die wir verwenden, um lebende Fische während Experimenten zu präsentieren. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die verschiedenen Schritte, die zum Erstellen, Animieren und Präsentieren computeranimierter Fischreize mithilfe unserer Werkzeugkette erforderlich sind, präzise sein müssen, um einen ordnungsgemäßen Workflow sicherzustellen.
Beginnen Sie dieses Verfahren mit der Vorbereitung von weiblichen Körpertexturen mit und ohne Gravid-Spot, wie im Textprotokoll beschrieben. Um den Ansichtspunkt anzupassen und die Szene für die Animation festzulegen, starten Sie FishSim, indem Sie das FishSim-Symbol in der Trägerrakete auf der linken Seite des Desktops auswählen. Konfigurieren Sie die Auflösung für die Präsentationsmonitore, und klicken Sie auf Starten.
Drücken Sie F1 auf der Tastatur, um vom Anzeigemodus in den Bearbeitungsmodus zu wechseln. Passen Sie den Ansichtspunkt so an, dass er den Abmessungen in den Präsentationsmonitoren entspricht, indem Sie den Kamerawinkel anpassen. Drehen Sie die Kamera, indem Sie die linke Maustaste gedrückt halten und den Cursor bewegen.
Um die Kamera zu schwenken, halten Sie die rechte Maustaste gedrückt und bewegen Sie den Cursor. Zoomen Sie hinein und verkleinern Sie, indem Sie die mittlere Maustaste gedrückt halten und den Cursor bewegen. Klicken Sie in der Bearbeitungssymbolleiste auf Kameraeinstellungen, und klicken Sie auf Kopieren in die statische Kamera, um den Ansichtspunkt festzulegen.
Klicken Sie auf Datei, Szene speichern, und speichern Sie die angepasste Szene als neue Standardszene. Für das Design eines virtuellen männlichen Reizes für die Präsentation während der männlichen Auswahltests, klicken Sie auf Datei, Fischmodell aus dem Dropdown-Menü laden, und laden Sie die Standard-Männliche Sailfin molly-Vorlage, indem Sie sie aus den Ordnermodellen auswählen. Klicken Sie mit der linken Maustaste auf den geladenen Fisch, um ihn auszuwählen.
Sie wird im Netz hervorgehoben. Klicken Sie auf das Zahnradsymbol in der Symbolleiste, um den Fischwerkzeugsatz zu öffnen. Ein Feld wird mit den Bearbeitungsoptionen angezeigt, die zum Anpassen des virtuellen Männchens verwendet werden.
Untick zeigen Mesh für eine bessere Sicht auf die Fische. Ändern Sie den Namen in männlich. Ändern Sie die Skala des Männchens, indem Sie bei Bedarf die Werte für X, Y und Z ändern und auf Anwenden klicken.
Bearbeiten Sie die Textur des Mannes, indem Sie in der Bearbeitungs-Toolbox auf Texturen klicken. Klicken Sie auf ein Feature des Fisches, um es zu ändern. Klicken Sie auf eine Textur, die in der Liste angezeigt wird, und sie wird direkt angezeigt und ersetzt die vorherige Textur auf dem Fisch.
Wenn das gewünschte Männchen erstellt wird, klicken Sie in der Bearbeitungs-Toolbox auf Unter konfiguration anwenden und auf Fisch auf Festplatte speichern. Speichern Sie das neue Männchen im Ordner "Modelle". Für virtuelle männliche Animationen zur Präsentation während Mate-Choice-Tests, schließen Sie den Gaming-Controller an den USB-Anschluss des Bediencomputers an und öffnen Sie FishSim.
Klicken Sie auf Platzieren starten und verwenden Sie den Controller, um den Fisch an einer beliebigen Startposition im virtuellen Tank zu platzieren. Klicken Sie auf Platzierung beenden. Beginnen Sie mit der Aufzeichnung des Schwimmwegs des Fisches, indem Sie auf Aufnahme starten klicken.
Verwenden Sie den Controller, um den Fisch um die Szene zu bewegen. Nachdem Sie die Aufnahme beendet und den Schwimmweg gespeichert haben, bearbeiten Sie die Aufzeichnung, um die Bewegung der Rückenflosse des Männchens hinzuzufügen, um das männliche Balzverhalten während der Mate-Choice-Tests nachzuahmen. Wählen Sie dazu die Rückenflosse im Dropdown-Menü in der Bearbeitungsfunktion aus.
Wählen Sie Bearbeiten beginnen und der gesamte Schwimmpfad wird wiedergegeben. Drücken Sie die L1-Taste auf dem Controller, um die Rückenflosse zu bestimmten Zeitpunkten anzuheben. Klicken Sie auf Speichern, um die bearbeitete Version des Schwimmpfads als neue Beuteldatei zu speichern.
Wiederholen Sie diese Schritte, außer um das Gonopodium auszuwählen, um seine Bewegung hinzuzufügen. Für virtuelle männliche und Modell weibliche Animation für die Präsentation während des Beobachtungszeitraums, öffnen Sie FishSim. Drücken Sie F1, um in den Bearbeitungsmodus zu wechseln, und klicken Sie auf Datei, Szene laden, um eine Szene mit Männlich und Weiblich zu laden.
Nachdem Sie mit der Fischlenkung begonnen haben, wählen Sie abwechselnd Männchen und Weibchen aus, um sie zu platzieren, indem Sie auf Start/Stopp-Platzierung im virtuellen Tank klicken. Wählen Sie für die Aufnahme den weiblichen Fisch zuerst aus dem Dropdown-Menü der Lenkungsgruppe aus und erstellen Sie einen Schwimmweg mit einer Dauer von 10 Minuten wie bisher. Klicken Sie auf Aufnahme beenden und speichern Sie den Schwimmpfad auf dem Laufwerk.
Dann sukzessive bearbeiten Sie den Schwimmweg des Männchens, DorsalFlossenbewegung und Gonopodium Bewegung wie zuvor. Speichern Sie die endgültige Version für die spätere Verwendung in FishPlayer. Bereiten Sie das MCC-Experiment wie im Textprotokoll beschrieben vor.
Öffnen Sie FishPlayer auf dem Bediencomputer und ordnen Sie die Wiedergabelisten für den ersten Mate-Choice-Test an. Legen Sie ein lebendes Fokusweibchen in den Testtank. Lassen Sie sie frei schwimmen, sich an den Tank und die Präsentation der leeren Tanks auf beiden Monitoren für einen Zeitraum von 20 Minuten gewöhnen.
Nach der Akklimatisierung das Brennmittel in einen durchsichtigen Acrylzylinder in die Mitte des Prüftanks legen, um einen gleichen Abstand zu beiden Monitoren zu gewährleisten. Führen Sie die Wiedergabelisten auf beiden Monitoren gleichzeitig aus, indem Sie auf Wiedergabe klicken, beginnend mit dem ersten Mate-Choice-Test. Bevor der Timer zwei Minuten und 30 Sekunden erreicht, gehen Sie langsam zum Versuchstank und lassen Sie das Brennmittel aus dem Zylinder, indem Sie es sanft direkt aus dem Wasser heben.
Kehren Sie zum Bediencomputer zurück. Beobachten Sie das Fokale Weibchen und haben zwei Stoppuhren zur Hand, um die Assoziationszeit mit jedem virtuellen Stimulusmännchen zu messen. Beenden Sie die Messung der Assoziationszeit, wenn der Timer sieben Minuten und 30 Sekunden erreicht.
Der Pauseneintrag wird dann für eine Minute und 30 Sekunden ausgeführt. Verwenden Sie die Pause als Bearbeitungszeit, um das Brennweite im Zylinder wieder zu platzieren und die Zeit für jedes virtuelle Männchen auf ein Datenblatt zu notieren. Bevor der Timer 11 Minuten und 30 Sekunden erreicht, lassen Sie das Brennbuchsenweibchen aus dem Zylinder.
Messen Sie die Assoziationszeit für die nächsten fünf Minuten. Beenden Sie die Messung der Assoziationszeit, wenn der Timer 16 Minuten und 30 Sekunden erreicht. Der Pauseneintrag wird eine Minute lang ausgeführt.
Verwenden Sie diese Bearbeitungszeit, um das Brennbuchsenweibchen im Zylinder zu platzieren. Schreiben Sie die Assoziationszeiten für die zweite Messung auf. Fassen Sie für jedes Männchen die Assoziationszeiten beider Hälften des ersten Mate-Choice-Tests zusammen.
Berechnen Sie, ob das Fokusweibchen eine Seitenvoreingenommenheit hatte und welche Mate vom Fokusweibchen bevorzugt wurde, wie im Textprotokoll beschrieben. Ordnen Sie die Wiedergabelisten so an, dass das zuvor bevorzugte Männchen während des Beobachtungszeitraums allein animiert wird und das vorherige nicht bevorzugte Männchen zusammen mit dem virtuellen Modellweibchen animiert wird. Klicken Sie auf Wiedergabe, um den zweiten Teil des Experiments fortzusetzen, und die Einträge werden von oben nach unten ab dem 10-minütigen Beobachtungszeitraum wiedergegeben.
Nach der Beobachtungsphase beginnt eine Pause von 30 Sekunden. Während jeder Pause ist ein leerer virtueller Tank für Fokusweibchen sichtbar. Bevor der Timer 10 Minuten und 30 Sekunden erreicht, lassen Sie das Brennmittel aus dem Zylinder und starten Sie den zweiten Mate-Choice-Test mit fünfminütiger Aufnahme für jedes Männchen.
Messen Sie die Assoziationszeiten für die nächsten fünf Minuten. Beenden Sie die Messung der Assoziationszeit, wenn der Timer 15 Minuten und 30 Sekunden erreicht. Der Pauseneintrag wird dann für eine Minute und 30 Sekunden ausgeführt.
Legen Sie das Brennmittel in den Zylinder und notieren Sie die gemessene Zeit für jedes virtuelle Männchen. Bevor der Timer 19 Minuten und 30 Sekunden erreicht, lassen Sie das Brennbuchsenweibchen aus dem Zylinder und messen Sie die Assoziationszeit für die letzten fünf Minuten. Beenden Sie die Messung der Assoziationszeit, wenn der Timer 24 Minuten und 30 Sekunden erreicht, und beenden Sie das Experiment.
Wie für das Kopieren von Mate-Choice-Werten vorhergesagt, stiegen die Präferenzwerte für das vorherige nicht bevorzugte virtuelle Männchen vom ersten zum zweiten Mate-Choice-Test signifikant an, nachdem fokale Weibchen mit der simulierten Mate-Auswahl eines virtuellen Modellweibchens vorgestellt worden waren. Dieser Effekt wurde in beiden Behandlungen gefunden, aber nicht in der Kontrolle, wo während des Beobachtungszeitraums kein virtuelles Modellweibchen vorhanden war. Der Kopierwert für das vorherige nicht bevorzugte Männchen war bei Behandlungen mit einem virtuellen Modell weibchen signifikant höher als bei der Steuerung.
Es gab jedoch keinen Unterschied zwischen den Behandlungen, ob das Modellweibchen einen Gravid-Spot hatte oder nicht. Im Vergleich zur Kontrolle kehrten deutlich mehr fokale Weibchen ihre anfängliche Mate-Wahl zugunsten des vorherigen nicht bevorzugten Männchens um, nachdem sie ihn mit einem virtuellen Modellweibchen beobachtet hatten. Dieses Ergebnis war wieder unabhängig davon, ob sie einen Gravid-Spot hatte oder nicht.
Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig zu wissen, dass die Animierung des virtuellen Fisches auf natürliche Weise mit einem Gaming-Controller Übung erfordert. Daher könnte dieser Schritt tatsächlich der zeitaufwändigste sein. Obwohl unser Protokoll sehr spezifisch für das Studium des Mate-Choice-Kopierens ist, bietet unsere Werkzeugkette Lösungen, um verschiedene andere Fragen zum Fischverhalten und sogar zur Kognition zu untersuchen, z. B. Küstenentscheidungen oder Raubtier-Beute-Erkennung.
Der Einsatz von Computeranimation in der Tierverhaltensforschung ist ein vielversprechender Ansatz, um den Ausdruck visueller Merkmale und sogar Verhaltensmuster auf nichtinvasive Weise zu manipulieren. Es bietet ein hohes Maß an Kontrolle und Standardisierung im Vergleich zur Verwendung von lebenden Tieren als Reize.
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Übersicht
Dieser Artikel stellt ein Protokoll vor, das das FishSim Animation Toolchain für nicht-invasive visuelle Manipulation in Studien zur Partnerwahlkopie bei Segelflossen-Mollies verwendet. Die Methode ermöglicht es Forschern, das Aussehen und Verhalten animierter Fischstimuli während Verhaltensexperimente zu kontrollieren.
Hauptkomponenten der Studie
Wissenschaftsbereich
- Verhaltensneurowissenschaften
- Tierverhalten
- Partnerwahlstudien
Hintergrund
- Partnerwahlkopie ist eine faszinierende Strategie im Fischverhalten.
- Das Verständnis dieses Verhaltens kann Einblicke in soziales Lernen bei Tieren liefern.
- FishSim Animation Toolchain bietet einen neuartigen Ansatz zur Untersuchung dieser Dynamiken.
- Präzise Kontrolle über Stimuli ist entscheidend für die Genauigkeit des Experiments.
Zweck der Studie
- Eine nicht-invasive Methode zur Untersuchung von Partnerwahlkopie zu entwickeln.
- Einen Rahmen für die Erstellung und Präsentation animierter Fischstimuli zu bieten.
- Das Verständnis visueller Hinweise bei der Partnerwahl zu verbessern.
Verwendete Methoden
- Vorbereitung von weiblichen Körpertexturen mit und ohne Gravidflecken.
- Konfiguration der FishSim-Umgebung für die Animation.
- Animation von Fischstimuli zur Präsentation an lebende Testfische.
- Visuelle Demonstration der Methode zur Sicherstellung des korrekten Workflows.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Animation und Präsentation von Fischstimuli.
- Demonstrierte Kontrolle über visuelle Aspekte der Stimuli.
- Ermöglichung von Verhaltensexperimenten mit lebenden Fischen.
- Bereitstellung eines klaren Protokolls für zukünftige Forschung in diesem Bereich.
Schlussfolgerungen
- Das FishSim Animation Toolchain ist effektiv für die Untersuchung von Partnerwahlkopie.
- Diese Methode ermöglicht eine präzise Manipulation visueller Stimuli.
- Es eröffnet neue Wege für die Forschung im Fischverhalten und soziales Lernen.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Computer animation toolchains like FishSim enable precise, non-invasive manipulation of visual stimuli in behavioral assays, supporting target validation through controlled phenotypic screening. This approach reduces reliance on live animal models while enhancing reproducibility and standardization in early discovery workflows. The method provides a scalable platform for mechanistic de-risking of social behavior hypotheses in preclinical models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by isolating visual cues as independent variables in mate-choice copying assays.
- Operational Value: Supports biological de-risking through repeatable, standardized presentation of virtual stimuli to quantify dependent variable responses.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by quantifying the influence of specific traits (e.g., gravid spot) on social decision-making in disease-relevant systems.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream workflows by enabling customizable, photorealistic 3D stimuli based on live organism imagery.
- Operational Value: Addresses assay standardization and reproducibility through prerecorded swimming paths replayable across different virtual stimuli.
- Scalability: Organizes multiple animations into playlists for high-throughput presentation during live-fish experiments.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-phase behavioral assays to preclinical validation through quantifiable association time measurements.
- Mechanistic De-risking: Focuses on predictive confidence by testing whether visual traits serve as biomarkers for social learning in fish models.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by demonstrating whether observed copying behavior persists across experimental conditions.
Pipeline & Workflow Integration
The FishSim toolchain integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification, enabling standardized behavioral readouts that inform preclinical continuity.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by allowing precise manipulation of stimulus appearance and behavior to clarify pathway-specific contributions to social choice.
- Screening: Delivers assay readiness through editable swimming paths and customizable textures that ensure consistent stimulus presentation across replicates.
- Analytics: Generates quantitative dependent variable measurements (association time) enabling statistical comparison of experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by providing a disease-relevant system for evaluating social learning mechanisms.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability across multiple experimental designs beyond mate-choice copying, including predator-prey or shoreline preference assays.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence through isolation of visual variables and reduction of mechanistic ambiguity in social behavior models.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability via replayable animation paths and modular stimulus libraries.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency, and reduced late-stage biological risk by validating targets early in discovery.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization based on quantitative behavioral outputs from standardized assays.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and 3D animation software operation.
- Depends on instrumentation capable of rendering virtual environments and presenting stimuli on high-resolution monitors.
- Necessitates cross-team standardization of stimulus design protocols and animation recording procedures.
- Involves adaptation considerations across fish species with varying visual capabilities and behavioral repertoires.
- Limited by the need for initial validation that animated stimuli elicit naturalistic responses in live test subjects.
