ניגון אוטומטי של וידאו אינטראקטיבי ללימודי תקשורת של בעלי חיים
9 בפברואר 2011
וידאו השמעה היא טכניקה בשימוש נרחב התנהגות בעלי חיים. יצרנו תוכנית והערכה כי חל מבוססת כללים, השמעה אינטראקטיבית של 3-D אנימציות מחשב בתגובה בזמן אמת, נתונים אוטומטיים על התנהגות הנושא.
המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא להשתמש במערכת השמעה של וידאו אינטראקטיבית ואוטומטית כדי ללמוד על התנהגות חיזור אצל דגי פלג-חרב (sword tail fish) נקבות. דבר זה מושג על ידי מידול של דג זכר דיגיטלי, הוספת תנועה ואינטראקטיביות, ויצירת כללים לגבי האופן שבו הוא יתנהג ביחס לדג הנחקר. בהדגמה זו, זכר וירטואלי יעקוב אחר תנועותיה של נקבה אמיתית על מנת להגדיר את המערכת.
אקווריום המוקף משני צדדיו בשני מסכים נבנה וחובור למערכת צפייה כדי לעקוב אחר הנבדקים בזמן אמת. נתוני התנועה מועברים לאחר מכן לתוכנת השמעה של וידאו אינטראקטיבי בשרת נפרד, כדי לקבוע את תנועת הגירוי המונפש על המסך. לאחר שהמערכת מוכנה, הנקבות מקבלות בחירה סימולטנית בין זכר קונספציפי (בעל אותו מין) לבין זכר הטרוספציפי (ממין אחר) הממוקמים בצדדים מנוגדים של האקווריום.
בסופו של דבר, ההעדפה בהתנהגות החיזור שדגי דגים נקבה מפגינים כלפי זכרים מאותו מין יכולה להיות מושפעת מהוספת גירוי אינטראקטיבי של זכר. את הפרוצדורה תדגים טרישיה באקובסקי, סטודנטית לשעבר לתארים מתקדמים מהמעבדה שלי ועובדת נוכחית ב-Dreamworks SKG. מקמו מצלמה מעל המיכל וחברו אותה לכרטיס וידאו של observe.
בצעו התאמות כך שכל האקווריום יהיה בשדה הראייה. הגדירו את מערכת הצפייה של byob Observe לקבלת מידע מעקב מהמצלמה. לאחר מכן, הפעילו את התוסף של צופה BYOBs Observe השולח קואורדינטות לשרת האנימציה באמצעות כתובת IP רשת מוגדרת.
כדי להתחיל את הכיול, הפעל את שרת האנימציה ופתח את הקובץ interactive display setup txt. הזן את רוחב המסך ואת גובה המסך בפיקסלים תחת number monitor, ותחת number program type הזן את המילה calibration. ודא שאתה שומר את השינויים הללו.
בשלב הבא, לחצו פעמיים על סמל תוכנת הניגון של הווידאו האינטראקטיבי (IVP) כדי להפעיל את התוכנה ולהבטיח התאמה נכונה בין נתוני הצופה לבין הפלט האינטראקטיבי מה-IVP. הזינו את מידות המיכל כפי שהוגדרו קודם לכן במערכת הצופה, כדי לתקן את העובדה שקצוות מיכל הדגים קטנים יותר מהמסכים. השתמשו במקלדת כדי להזיז את אזור התצוגה או את חלון התצוגה (view port) של הגירויים כך שיהיו מיושרים עם קצוות מיכל הבדיקה הנצפים בשרת האנימציה.
חלון התצוגה הוורוד מושפע למסך בדיקה אחד וחלון התצוגה הכחול למסך השני. לאחר מכן, כוונות את קנה המידה של תצוגת הדג הזכר בשני חלונות התצוגה עד להגעה לגודל הגירוי הרצוי. השתמש בגירוי כיול סטנדרטי וכוונו ל-66.7 millimeters באמצעות מדד סטנדרטי.
הזיזו את התיבות בתצוגה כך שיהיו מיושרות לקצוות של מיכל הבדיקה. השתמשו במקשי q או w כדי להזיז את התיבות לעבר מרכז הדג או הרחק ממנו כדי להגדיר את המערכת. מקמו מסך CRT בכל קצה של אקווריום בנפח 80 liter מלא במים נקיים, וודאו שבהירות שני המסכים תואמת.
טען את המודל שייבחן בהדגמה זו. נבחרים קבצים המתאימים לזכרים תואמים, זריחון, בירמן וזכרים תואמים ex MechE. בחר מתוך קבוצה לא-אינטראקטיבית או אינטראקטיבית את הצד ואת השלב שבהם יופיע כל גירוי ואת הגודל הרצוי של כל גירוי.
לאחר מכן, יש לבחור האם התנועות של שני הגירויים יהיו במראה (mirrored) או לא. לבסוף, ניתן להפוך את תצוגות החיזור של הזכר לאינטראקטיביות על ידי בחירה בהגדרת ברירת המחדל, שבה סנפיר הגב מורם רק במהלך תצוגת חיזור צדית, או לפי מרחק. על הנשוא להיות זכר כדי לעורר תגובה.
כדי להתחיל את סשן הבדיקה, פתחו את קובץ הגדרות התצוגה האינטראקטיבית, setup.txt, הגדירו את סוג התוכנית (program type) ל-live testing, והגדירו את שם הניסוי (experiment name) לשם הקובץ המכיל את נתוני הניסוי. הפעילו את תוכנית ה-IVP, אך אל תלחצו על start. פעולה זו תשאיר מסך ריק עבור תקופת ההסתגלות.
הניחו בעדינות את דג הניסוי לתוך האקווריום והמתינו 10 דקות להתאקלמות. לפני הבדיקה, הפעילו את תוכנת Observe Viewer 2.0 ואת ה-IVP. גירויי הווידאו יוצגו לנבדקים בניסוי המורכב משני שלבים של 20 דקות כל אחד.
שלב מורכב ממקטעים של ארבעה או חמישה דקות, דוגמה לאחד מהם מוצגת כאן. במקטע הראשון מותאמת הנקבה למכל הבדיקה למשך חמש דקות באמצעות הצגת מסך מונוכרומטי בשני המסכים. במקטע השני, מוצג גירוי וידאו שונה במסך שמאל ובמסך ימין למשך חמש דקות נוספות.
מיד לאחר הצגת גירויי הווידאו, מסך מונוכרומטי מוצג שוב למשך חמש דקות בשני הצגים. במקטע הרביעי והסופי, מוצגים גירויים מהמקטע השני, אך מיקומו של כל גירוי מוחלף. הדבר מספק בקרת תוך-נקבה (within female control) להטיה לצד מסוים.
השלב השני יכול לחזור על אותו תבנית עם סט שונה של גירויים המוצגים בו-זמנית. לאחר השלמת כל השלבים, הוציאו את הנבדק והכניסו את הדג הבא לבדיקה; כדי לשלוט בהטיות צד ובהשפעות סדר, גוון באופן שיטתי את הצד ואת סדר ההצגה בין הנבדקים. הגירוי האינטראקטיבי המוצג כאן באדום עוקב מקרוב ובזמן אמת אחר המיקום האופקי של הנקבה המוצג בכחול.
שלושה כללים המנחים את התנהגות הזכר הם כדלקמן, כאשר כיוון X מתייחס לאורך המיכל והכיוון [השמיט] מתייחס לרוחב המיכל. כלל ראשון, הזכר הסימולטיבי תמיד עוקב אחר הנבדקת לרוחב המסך במעקב בכיוון Z. כלל שני, סנפיר הגב של הזכר הסימולטיבי מורם רק כאשר הוא מבצע תצוגת חיזור צדית.
כלל שלוש, דג החרב הזכר הסימולטיבי יבצע תצוגת חיזור צידית למשך 50% בלבד מסך כל הזמן שבו הוא מוצג לנקבה. תצוגת החיזור הצידית מופעלת כאשר דג הזכר נמצא במרחק של עד רבע מאורך גופו של הזכר מהדג הנקבה בציר Z. תצוגת החיזור הצידית אינה תלויה במרחק של הנקבה מהמסך.
בקישור כיוון X, הזמן מחושב באופן אוטומטי על ידי צופה התצפית ומוגדר כפרק הזמן שבו נקבה שוהה בטווח של 10 סנטימטרים ממאסוף אחד או מהגירויים הבלתי-אינטראקטיביים האחרים. תוצאות שהופקו באמצעות IVP הראו שנקבות X העדיפו באופן מובהק אותות חזותיים של מינן. עם זאת, כאשר נקבות נבדקו עם זכרים אינטראקטיביים בני מינן וזכרים ממינים אחרים, הן לא הראו העדפה לאחר פיתוחו. טכניקה זו אפשרה לחוקרים בתחום התנהגות בעלי חיים לחקור אינטראקציות חברתיות באמצעות אלגוריתמים כמותיים.
סקירה כללית
מחקר זה מציג מערכתH להשמעה אוטומטית ואינטראקטיבית של וידאו, שתוכננה כדי לחקור התנהגות חיזור בקרב נקבות של דגי החרב (swordtail fish). באמצעות שימוש במודל דיגיטלי של זכר המגיב לתנועות בזמן אמת של נקבה חיה, חוקרים יכולים לבחון את הדינמיקה של העדפות ההזדווגות של הדגים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- התנהגות בעלי חיים
- אקולוגיה התנהגותית
- ניגון וידאו אינטראקטיבי
רקע
- הבנת התנהגות החיזור חיונית להשגת תובנות לגבי אסטרטגיות הזיווג.
- השמעת סרטוני וידאו משמשת באופן נפוץ לחקר אינטראקציות בין בעלי חיים.
- גירויים אינטראקטיביים עשויים להשפיע על התנהגותם של נבדקים חיים.
- מחקרים קודמים הראו את חשיבותם של רמזים חזותיים בטקסי החיזור של דגים.
מטרת המחקר
- להערכת ההשפעות של גירוי זכרי אינטראקטיבי על העדפות חיזור של נקבות.
- פיתוח מערכת העוקבת אחר התנהגות דגים בזמן אמת ומתאימה את הגירויים בהתאם.
- שיפור ההבנה של התנהגויות הזדווגות ספציפיות למינים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הקמת מערך אקווריום הכולל שני מסכים להשמעת וידאו.
- הטמעת מערכת מעקב לניטור תנועותיהן של דגי נקבה.
- כיול גירויי הווידאו להתאמה לממדים הפיזיים של האקווריום.
- ביצוע ניסויים עם גירויי זכר משתנים להערכת העדפות הנקבות.
תוצאות עיקריות
- נקבות הפגינו העדפות ברורות לזכרים מאותו המין כאשר הוצגו להן גירויים אינטראקטיביים.
- המערכת האוטומטית עקבה בהצלחה אחר תנועותיהן של דגי הנקבה והגיבה אליהן.
- תצוגות אינטראקטיביות השפיעו על התנהגות החיזור של הזכר הסימולטיבי.
- התוצאות מעידות כי רמזים חזותיים ואינטראקטיביים משמעותיים בהשפעתם על בחירות הזיווג.
מסקנות
- מערכת השמעת הווידאו האינטראקטיבית יעילה לחקר התנהגות דגים.
- הממצאים תורמים להבנת הדינמיקה של התנהגות החיזור במינים מימיים.
- ניתן להחיל גישה זו על מינים אחרים ועל מחקרי התנהגות נוספים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
השמעה אוטומטית ואינטראקטיבית של וידאו מאפשרת מניפולציה מדויקת ובזמן אמת של גירויים התנהגותיים בבעלי חיים, ובכך תומכת במחקרים מבוססי השערות על תקשורת והעדפות. טכנולוגיה זו מקדמת את רמת הדיוק והשליטה במבחנים התנהגותיים, ומשפיעה ישירות על שלבי הגילוי המוקדמים ותיקוף מטרות במחקרים נוירו-התנהגותיים ותחושתיים. שילובה מגביר את הביטחון החזוי במודלים תרגומיים ומספק מידע לקבלת החלטות לגבי תיקי פיתוח של פלטפורמות לפנוטיפ התנהגותי.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשרת בחינה מבוקרת של תגובות התנהגותיות לרמזים חזותיים ספציפיים.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי בידוד משתנים במחקרי תקשורת בין בעלי חיים.
- מאפשר תיקוף תפקודי של מטרות תחושתיות ונוירו-התנהגותיות.
- משפר את הביטחון החיזוי בבחירת מודל התנהגותי.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מכין מערכות התנהגותיות אינטראקטיביות ומתוכננות לצורך סריקת תרכובות בשלבים הבאים.
- מבצע סטנדרטיזציה של תנאי הבדיקה באמצעות הגשה ניתנת לשחזור ותכנות של גירויים.
- מייצר פלטי התנהגות כמותיים להשוואה איתנה בין תנאי בדיקה שונים.
- מאפשר תהליכי עבודה להפנוטיפיקה התנהגותית במעבר גבוה ובקנה מידה רחב.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה בדיקות התנהגותיות לנקודות קצה רלוונטיות למחלה במודלים נוירופסיכיאטריים ותחושתיים.
- תומכת ברציפות משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני של התערבויות התנהגותיות.
- מספקת נתונים מותאמי סיכון לקידום מטרות פוטנציאליות באמצעות מדדים התנהגותיים.
- משפרת את ההבנה המכניסטית של נתיבי תקשורת הרלוונטיים להפרעות במערכת העצבים המרכזית (CNS).
שילוב תהליכי עבודה וקווי עיבוד
מערכת הפעלת הווידאו האינטראקטיבית זו משתלבת ברצף שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני, ומאפשרת בדיקת היפותזות, פיתוח בדיקות (assays) ומחקר התנהגותי תרגומי.
- ביולוגיה של גילוי: מאפשרת בדיקת השערות אפס והבהרת מסלולים בתקשורת בין בעלי חיים.
- סריקה: מספקת בדיקות התנהגותיות כמותיות וניתנות לשחזור לצורך סריקה גנטית או של תרכובות.
- אנליטיקה: מספקת מדדי זמן-באזור ותגובה לגירוי לצורך השוואה סטטיסטית.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין ממצאי גילוי מוקדמים לנקודות קצה התנהגותיות פרה-קליניות.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה מודולרית וניתנת לתכנות, הניתנת להתאמה למודלים התנהגותיים מגוונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות בתיקוף של מטרות התנהגותיות.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה ואוטומציה של תהליכי עבודה בבדיקות התנהגותיות לצורך הדירות.
- ערך אסטרטגי: מספק בסיס לקבלת החלטות של go/no-go באמצעות נתונים התנהגותיים כמותיים ומבוססי מנגנונים.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף מותאם סיכונים של מטרות נוירו-התנהגותיות ותחושתיות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במדעי המוח ההתנהגותיים ובמידול חישובי.
- נשען על תשתית משולבת של מעקב וידאו, אנימציה וניתוח נתונים.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרמטרי כיול וגירויים.
- ניתן להתאמה למינים שונים ולפרדיגמות התנהגותיות באמצעות התאמות בפרוטוקול.
- תלוי בדיוק המעקב בזמן אמת ובזמן השהייה שבין הגירוי לתגובה.
