Evaluatie van Sociale cognitie in niet-menselijke primaten met behulp van een netwerk van geautomatiseerde Automated Learning Device (ALDM) Test Systems

Samenvatting

Fagot & Paleressompoulle ¹ hebben een geautomatiseerde leren apparaat (ALDM) gericht op het testen van individuele cognitieve vaardigheden in semi-loslopende apen gepubliceerd. Het belangrijkste doel van ons protocol is om een ​​netwerk van ALDM testunits gebruiken om sociale cognitie te bestuderen in niet-menselijke primaten.

Samenvatting

Fagot & Paleressompoulle ¹ en Fagot & Bonte ² hebben een geautomatiseerde leren apparaat (ALDM) voor de studie van cognitieve vaardigheden van apen gehandhaafd in semi-vrije variërend voorwaarden gepubliceerd. Gegevens verzameld tijdens de laatste vijf jaar hebben consequent aangetoond dat de efficiëntie van dit protocol om individuele / fysieke cognitie bij apen te onderzoeken, en hebben verder aangetoond dat deze procedure vermindert stress niveau tijdens dierproeven ^3. Dit document toont aan dat de netwerken van ALDM kan ook worden gebruikt om verschillende aspecten van sociale cognitie onderzoeken en ingroep expressie gedrag bij apen en beschrijft drie illustratieve protocollen voor ontwikkeld zijn. De eerste aangetoond hoe ethologisch beoordeling van sociaal gedrag en gecomputeriseerde beoordeling van cognitieve prestaties kunnen worden geïntegreerd om de effecten van sociaal vertoond stemmingen op de cognitieve prestaties van individuen te onderzoeken. De tweede study aangegeven dat batterijen van ALDM parallel lopen unieke informatie over de invloed van de aanwezigheid van andere taken on prestaties verstrekken. Ten slotte is de laatste studie toont aan dat de netwerken van ALDM testunits kan ook worden gebruikt om kwesties in verband met sociale transmissie en culturele evolutie bestuderen. Samen staan ​​deze drie studies tonen duidelijk aan dat ALDM testen veelbelovend experimentele methode voor het overbruggen van de kloof in de literatuur dier tussen onderzoek van individuele cognitie en onderzoek naar sociale cognitie.

Inleiding

Experimenteel laboratoriumonderzoek van primaten cognitie hebben bijna systematisch het voordeel van de test van geïsoleerde dieren ^4, afhankelijk van het probleem aangepakt. Deze klassieke laboratorium procedure heeft haar doeltreffendheid bewezen, en de meeste van onze kennis over zaken als perceptie, geheugen, redeneren en abstracte conceptualisering komt uit de test van de geïsoleerde onderwerpen. Het testen van geïsoleerde individuen brengt veel praktische voordelen; Deze aanpak faciliteert complexe experimentele ontwerpen gecombineerd met uiterst strenge metingen (bijv msec timing) van het gedrag die anders onbereikbaar zouden zijn. Echter, deze procedure ook grenzen, wat betreft de studie van sociale invloeden op cognitie in het bijzonder. Onderzoekers zijn vaak gedwongen om de verfijnde laboratorium-omgeving te verlaten ten gunste van de grote behuizingen of wilde contexten wanneer hun studie omvat sociale interacties tussen individuen. Deze keuze heeft een prijs als het much moeilijker om de experimentele factoren beheersen en de effecten hetzelfde nauwkeurigheidsniveau buiten het laboratorium te meten. Begrijpen hoe echte sociale interacties invloed cognitie is een van de moeilijkste wetenschappelijke uitdagingen in zowel mensen en niet-humane primaten.

De huidige paper presenteert een nieuwe experimentele protocol gericht op het verlichten van deze algemene moeilijkheid om sociale cognitie in het laboratorium op basis van niet-menselijke primaten te onderzoeken. Fagot & Paleressompoulle ¹ en Fagot & Bonte ² hebben onlangs publiceerde een geautomatiseerd leren apparaat (ALDM) voor de beoordeling van cognitieve vaardigheden van apen getogen in semi-vrije omstandigheden. Deze methode combineert de operante conditionering technieken die traditioneel gebruikt in laboratoria met een Radio Frequency Identification (RFID) technologie. In de praktijk, apen leven in hun sociale groep hebben een gratis toegang vanaf hun outdoor behuizing aan meerdere ALDM testeenheden. ADLMs Consist open testsystemen die alle benodigde apparatuur traditioneel in laboratoria, met name een aanraakscherm om de stimulus te nemen en af ​​de reactie en een voedselautomaat om de beloning te leveren. Een RFID microchip lezer vangt de numerieke identiteit van de deelnemer als het een ALDM testexemplaar komt, en het testprogramma gebruikt deze informatie om het onderzoeksprogramma is toegewezen aan dit onderwerp te presenteren.

Bewijs opgedaan tijdens de afgelopen 5 jaar heeft duidelijk aangetoond dat (1) ALDM testen verhoogt de motivatie van de deelnemers ^1,2 en (2) is voorstander van complexe learning ^5,6. ALDM testen lijkt ook gunstig in termen van dierenwelzijn, en vermindert de stress niveau van de deelnemer ^3, zie ook ^7. De ALDM testprocedure inspireerde de ontwikkeling van de test apparaten door verschillende onderzoeksgroepen werken met kuif (Macaca nigra) en rhesus (Macaca mulatta) makaken ^{7,8 en duiven (Columba livia) 9. Het belangrijkste doel van onze krant is om de potentiële bijdrage van ALDM testen voor studies op het gebied van sociale cognitie te tonen. Drie verschillende toepassingen van dit protocol worden beschreven voor dat doel. De ALDM testunits zijn reeds beschreven in de details in Fagot & Paleressompoulle 1. Zij worden weergegeven in figuur 1 en hieronder kort beschreven. ALDM-test units zijn open toegang operante conditionering testsystemen uitgerust met een Radio Frequency Identification (RFID) systeem dat de RFID-chip van de aap leest, en daarom zijn identiteit, als het eenmaal het testsysteem binnenkomt. De stimuli gepresenteerd op een touch screen, en voedsel beloningen worden geleverd in het testsysteem na een correct antwoord wordt gegeven (keuze van de juiste stimulus) om deze stimuli.}

Protocol

Ethics statement: Dit onderzoek werd uitgevoerd in overeenstemming met de Franse normen worden uitgevoerd en kreeg de goedkeuring van de nationale Franse ethische commissie, het "Comité d'Ethique CE-14 pour l'experimenteren Animale". Procedures waren ook in overeenstemming met de richtlijnen van de Vereniging voor de Studie van Animal Behaviour.

1. ALDM Test Unit Set-up

OPMERKING: Stel de ALDM testeenheden als per Fagot & Paleressompoulle ^1.

1. Maak testkamers van afmeting (0,7 x 0,7 x 0,8 m ^3), zoals beschreven in ^1. Zorg ervoor dat elke test kamer heeft 2 laterale transparante zijwanden. Voorzie elke testkamer met een schuifdeur die open of gesloten aan de achterzijde kan worden (zie figuur 1). Open de achterdeur van de ALDM eenheid toegang tot het testsysteem van de leefruimte.
2. Monteer het frontpaneel van de testkamer met een (7.3 x 7 cm ² ) view haven verstrekken visie van een 19 in touch screen gelegen in voorkant van het apparaat, en 2 handports voor handmatige interactie met het aanraakscherm.
3. Installeer een antenne aangesloten op een microchip lezer rond elke hand poort zoals beschreven in ^1. De antenne zal de RFID identiteit van het onderwerp te vangen.
4. Installeer een 19 in capacitieve touchscreen in de voorkant van elke testkamer. Het touchscreen dient om de stimuli te presenteren en respons variabelen (nauwkeurigheid en responstijd) opnemen. Scheid de viewports 25 cm van het scherm.
5. Sluit een PC computer om elke test eenheid die zal dienen om het testprogramma uit te voeren.
   OPMERKING: Op elke proef, het testprogramma bepaalt de test regime van de onderwerpen (bijvoorbeeld eigendom van het scherm, stimulus duur, etc.) en associeert de gedrags maatregelen (bv responstijd, nauwkeurigheid) van de aap geïdentificeerd door de RFID technologie.
6. Sluit een snackautomaat aan de PC comput er via een parallelle poort, zoals beschreven in ^1. Deze automaat levert korrels van droge tarwe in de ALDM aap gebied.
7. Injecteer RFID microchip in de voorarm van elk individu van de groep zoals beschreven in ^1.
   OPMERKING: Deze procedure moet worden uitgevoerd volgens de dierenarts praktijken.

Figuur 1: Foto (A) en schematisch aanzicht (B) een ALDM unit. Elke test unit heeft vijf voornaamste componenten. (A) touchscreen; (B) handport; (C) viewport; (D) snackautomaat leveren van voedsel in de kooi na een juiste antwoord; (E) computer; (F) de deur die toegang geeft uit de behuizing.fig1highres.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. ALDM Network Set-up

1. Installeer 10 ALDM eenheden binnen twee 8 x 4 m ² trailers, met 5 ALDM eenheden in elke trailer, zoals beschreven in ^1. Sluit elke ALDM testeenheid naar een unieke controlerende server toegankelijk is via een IP-adres (zie figuur 2). Zorg ervoor dat het ALDM apparaat kan zowel downloaden en uploaden van gegevens van / naar de server.
2. Schrijf een computer testprogramma die tekst bestanden downloadt van de server eens een aap wordt geïdentificeerd door een ALDM testexemplaar per ^1. In het tekstbestand, geven aanwijzingen over de huidige experimentele status van (het aantal pogingen reeds uitgevoerd in de training of testen fase) van de aap met behulp van het apparaat. Schrijf het testprogramma zodanig dat het die informatie voor de presentatie van de training of proefproces vooraf door de experimentele procedure kunt gebruiken.
3. Plaats de test program inline script zodanig dat het uploaden en downloaden van gegevens van de server. Zorg ervoor dat de ALDM unit synchroniseert de ALDM klok twee keer per dag.
   OPMERKING: Met deze procedure kan de 10 ALDM eenheden aanwijzingen waarop apen gebruikt die eenheid, en wanneer te bieden, en daarom informatie over de sociale dynamiek in het gebruik van de testsystemen.
4. Schrijf het testprogramma zodanig dat voor elke proef, het testprogramma uploadt informatie van de server van de huidige experimentele status van de aap. Zodra het proces is voltooid, wordt de ALDM unit tekstbestand van het onderwerp op de server bij te werken.
   OPMERKING: Centralisatie van verwante parameters van het onderwerp op de controlerende server garandeert dat de deelnemers zal worden getest in de vooraf gedefinieerde testen orde, onafhankelijk van ALDM testunits hij besluit om te gebruiken.
5. Sla de volgende gegevens als een tekstbestand na elke proef: datum, dag tijd (UU: MM: SS formaat), de naam van de huidige testprogramma, Monkey naam, nummer assIGNed aan de ALDM testeenheid (bv 1), Test-niveau (bijvoorbeeld, training), Score (1 = juiste behavioral reactie; 2 = onjuiste respons), Reactietijd met msec precisie.

Figuur 2:.. Schematische weergave van de ALDM netwerk Elke ALDM unit ontvangt en geeft informatie van / naar een unieke controlerende server Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

3. Illustratie van het gebruik van de ALDM Network voor de Studie van Sociale cognitie

OPMERKING: De ALDM protocol heeft het unieke voordeel van het hebben van apen die vrij kan communiceren met computers, terwijl in hun sociale groep wordt gehandhaafd. Onder worden gepresenteerd 3 protocollen illustreert the gebruik van een netwerk van ALDM testunits tot ongekende informatie over de bavianen (Papio papio) sociale cognitie verzamelen.

1. Computergestuurde ALDM testen combineren gedrags (ethologische) opmerkingen:
   LET OP: Het belangrijkste doel van dit onderzoek is om de effecten van de valentie (positief versus negatief) van de affectieve toestanden op de cognitieve prestaties van de dieren te beoordelen tijdens geautomatiseerde ALDM testen. De procedure is beschreven in figuur 3 en de details van dit onderzoek werden gepubliceerd in Marzouki et al. ¹⁰
   1. Installeer een visueel zoeken taak bestaat uit de selectie van een doel visuele stimulus tussen verschillende afleiders op elke computer.
   2. Gedurende acht dagen, nemen en handmatig op te nemen die elk individueel gedrag vertoont in de behuizing, en wanneer een timer gesynchroniseerd met de controlerende server.
   3. Fractie het gedrag vertoonde in de ruimte in drie clusters die overeenkomt met deemotioneel positieve sociale evenementen (bijvoorbeeld, verzorging), de emotioneel negatieve sociale evenementen (bijvoorbeeld, bedreiging), en de emotioneel nonsocial (neutraal) evenementen (bijvoorbeeld object manipulatie).
   4. Analyseer de responstijden van de visueel zoeken taak verkregen binnen een 3 min tijdvenster na een gedragsobservatie in de behuizing. Synchroniseer de gedragsobservaties en computergegevens en te analyseren (zie figuur 3).

Figuur 3:. Schematische weergave van sectie 3.1 De spontane gedrag tot uitdrukking in de ruimte worden in parallel met de cognitieve prestaties op het ALDM proeven.

2. Beoordeling van de sociale invloeden tijdens ALDM testen:
   NB: Dit protocol is gericht op het bestuderen van het publiek invloed op de cognitieve prestaties opgenomen during geautomatiseerde ALDM testen. Volledige details over dit onderzoek werden gepubliceerd in Huguet et al. ¹¹
   1. Op elke ALDM testeenheid, installeert een taak waarbij een cirkel wordt gevolgd door een reactie aan de rechterzijde van het scherm of op de linkerkant wanneer een parallellogram wordt gepresenteerd.
   2. Laat de aap aan de 10 ALDM testsystemen gebruiken als ze willen. Verschillende apen kunnen daarom gebruik maken van de aangrenzende testsystemen. Record die individuele toepassingen welk systeem.
      OPMERKING: De bavianen hun soortgenoten zien (indien aanwezig) met de andere testopstellingen van de aanhanger, dankzij de doorzichtige zijwanden van elke eenheid.
   3. Zorg ervoor dat het testprogramma registreert de prestaties van elk individu, alsook de sociale context van het proces (dat wil zeggen, als de andere ALDM testeenheden tegelijkertijd gebruikt worden, en door wie).
   4. Analyseer variaties in responstijd, afhankelijk van de sociale context.
3. Culturele evolutie geëvalueerd via geautomatiseerde transfer van informatie van personen aan personen:
   Opmerking: Dit protocol werd ontwikkeld om de evolutie van informatie die via een keten van deelnemers bestuderen. De procedure is beschreven in figuur 4 en de details van dit onderzoek werden gepubliceerd in Claidière et al. ¹²
   1. Train de deelnemers om een ​​eenvoudige memory taak waar ze voor het eerst te zien vier willekeurig gekozen rode vierkantjes in een vier bij vier raster van andere witte degenen op te lossen. Na 400 msec veranderen alle rode vierkantjes naar wit, en vraag de deelnemers om de pleinen die eerder rood waren raken.
   2. Wanneer de training voltooid is, gebruikt de gedragsreactie één deelnemer (de vierkantjes aangeraakt) aan de stimuli te produceren voor de volgende persoon in de keten (zie figuur 4). Behalve het eerste individu in de keten waarvan de rasters willekeurig door de computer.
   3. Analyseer het succes bij de taak met het nummer van transmissie evenementen.

Figuur 4:. Schematische weergave van de paragraaf 3.3 De eerste baviaan (Generation 1) moest een set van 50 proeven gegenereerd door de computer te voltooien. De motorische reacties van deze baviaan werden vervolgens gebruikt om de stimuli voor de tweede baviaan (Generation 2) in de transmissieketting maken. Deze procedure werd herhaald tot de laatste baviaan in de keten werd getest. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Resultaten

Zoals getoond in figuur 5, de reactietijden volgende negatieve valence gedragingen, zoals bedreiging, waren significant lager dan na neutrale (bijv objectmanipulatie) en positieve valence sociaal gedrag, zoals verzorging. Deze studie toont aan dat sociale stemmingen van invloed op de prestaties tijdens cognitieve testen. Geïnteresseerde lezers zal meer gedetailleerde informatie over deze studie vindt in Marzouki et al. ¹⁰ In figuur 6, in vergelijking met de isolatie, de aanwezigheid van anderen verminderde respons tijden (de responstijd vermindert met het aantal personen aanwezig in de trailer), wat wijst op een sociaal facilitatie effect van goed geleerd reacties. Meer gedetailleerde over dit onderzoek is te vinden in Huguet et al. ¹¹ Figuur 7 duidt op een toename van de prestaties tijdens de transmissie trials (blauwe vierkanten), maar niet in een controlegroep (random) voorwaarde (gele cirkels). Mor e gedetailleerde informatie over dit onderzoek is te vinden in Claidière et al. ¹²

Figuur 5:. Illustratief resultaten van paragraaf 3.1 gemiddelde responstijd (msec) in het visueel zoeken taak onmiddellijk na sociale positief, negatief of neutraal evenementen. Fout balken geven de standaarddeviatie (SD).

Figuur 6: Illustratieve resultaten van punt 3,2 Social aanwezigheid effect van de snelheid van aangeleerde responsen.. Deze figuur toont de gemiddelde responstijden (msec) afhankelijk van het aantal soortgenoten aanwezig bij elk proces in het aangrenzende ALDM testeenheden. Fout balken geven de standaard fout (SE).

tent "fo: keep-together.within-page =" always ">
Figuur 7:. Illustratief resultaten van paragraaf 3.3 Het succes van bavianen (gemiddeld aantal beloningen voor 50 proeven) steeg het aantal transmissie events (generatie) tijdens de verzending trials (blauwe vierkanten), maar niet tijdens willekeurige controle trials (gele cirkels). Fout balken geven de SE.

Discussie

Primatologen hebben altijd uitgedrukt een sterke interesse in sociale en niet-sociale aspecten van cognitie. Maar de integratie van deze twee niveaus van begrip is moeilijk geweest. Sociale test wordt soms uitgevoerd in laboratoria, maar op een zeer beperkt aantal onderwerpen ^13. Een netwerk van ALDM eenheden biedt 4 belangrijkste voordelen in dat opzicht: (1) ALDM testen maakt gebruik van zeer geavanceerde (geautomatiseerde) protocollen en milliseconde nauwkeurig metingen van de cognitieve processen; (2) ALDM testen wordt bereikt binnen de natuurlijke sociale context van de onderzochte dieren; (3) ALDM testen kan worden voorgesteld om grote groepen, zoals gedaan in onze studies; (4) ALDM test maakt gebruik van het spontane voorkomen van sociale interactie en niet beperken de personen specifieke sociale situaties.

ALDM netwerk opent ook mogelijkheden voor integratieve en multidimensionale analyses van cognitie combinatie van sociale en niet-sociale factors.

Dit artikel illustreert deze integrale aanpak met behulp van drie protocollen, maar veel andere mogelijkheden bestaan ​​er naast deze belangrijke illustraties. Bijvoorbeeld, voorlopige (niet gepubliceerd) in ons laboratorium verzamelde gegevens blijkt dat de apen met aangrenzende testeenheden hebben ook de sterkste affiliatiegedrag obligaties binnen hun sociale groep. Als dit effect wordt bevestigd, dan is het automatisme van ALDM testen zal de collectie van de grote hoeveelheid informatie over de sociale dynamiek die sociometrische longitudinale studies kan faciliteren toestaan ​​(bijvoorbeeld op basis van maatregelen van de sociale afstand) in niet-menselijke primaten.

De beperkingen van ALDM testen onbekend blijven in dit stadium. Zo is het nog niet bekend in welke mate de activiteit van de onderwerpen kunnen worden beïnvloed door de maatschappelijke structuur (bijvoorbeeld sex ratio) van de groep. Toch lijkt ALDM testen een veelbelovende tool om de schijnbare kloof tussen studies op brugindividuele cognitie en die meer gericht op sociale cognitie. Het gebruik ervan biedt de mogelijkheid om de sociale factoren die individuele cognitie kunnen beïnvloeden, en hun effecten nauwkeuriger meten identificeren. Verder heeft het lopende onderzoek aangetoond dat ALDM testen bevordert ook dierenwelzijn: Het zijn vormen gedrags- verrijkingen die spanningsniveaus (afgeleid cortisol en het aantal abnormale stereotypieën) verminderen ^3. Dienovereenkomstig ALDM testen lijkt erg voordelig voor zowel wetenschappers en dieren, en dienen intensiever gebruik in de toekomst in laboratoria en dierentuinen.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Touchscreen			model ET1939L van Elotouch; Berwyn, IL
RFID microchiplezer			model Petscan RT100 Versie 5, Real Trace; Villebon sur Yvette, Frankrijk
Eprime software			Professioneel, V 2.0, Psychology Software Tools, Pittsburg, PA
PC computer verbonden met een netwerk			HP-Pavillon, geprogrammeerd in ons laboratorium
Voerdispenser			Zelf gemaakt in ons laboratorium