Zautomatyzowane interaktywne odtwarzanie wideo w badaniach nad komunikacją zwierząt

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest wykorzystanie zautomatyzowanego, interaktywnego systemu odtwarzania wideo do badania zachowań godowych u samic ryb z gatunku mieczowate. Osiąga się to poprzez stworzenie cyfrowego modelu samca, nadanie mu ruchu i interaktywności oraz ustanowienie reguł jego zachowania względem ryby badanej. W niniejszej demonstracji w celu konfiguracji systemu wirtualny samiec będzie śledził ruchy rzeczywistej samicy.

Konstruuje się akwarium flankowane przez dwa monitory, które zostaje podłączone do systemu obserwacji widza w celu śledzenia obiektów w czasie rzeczywistym. Dane dotyczące ruchu są następnie przekazywane do programu interaktywnego odtwarzania wideo na oddzielnym serwerze, aby określić ruch animowanego bodźca na ekranie. Po uruchomieniu systemu samicom daje się jednoczesny wybór między odpowiednim samcem konspecyficznym a odpowiednim samcem heterospecyficznym znajdującymi się po przeciwnych stronach akwarium.

Ostatecznie na preferencje w zachowaniach godowych, jakie samice ryb wykazują wobec samców podobnego gatunku, może wpływać wprowadzenie interaktywnego bodźca w postaci samca. Procedurę zaprezentuje Tricia Bakowski, była doktorantka z mojego laboratorium, a obecnie pracowniczka Dreamworks SKG. Umieść kamerę nad zbiornikiem i podłącz ją do karty wideo by observe.

Dokonaj regulacji tak, aby całe akwarium było widoczne w polu widzenia. Skonfiguruj system przeglądania byob Observe, aby odbierał informacje o śledzeniu z kamery. Następnie włącz wtyczkę do przeglądarki BYOBs Observe, która przesyła współrzędne do serwera animacji za pośrednictwem określonego adresu IP sieci.

Aby rozpocząć kalibrację, uruchom serwer animacji i otwórz plik interactive display setup txt. W sekcji number monitor wprowadź szerokość (screen width) i wysokość (screen height) ekranu w pikselach, a w sekcji number program type wprowadź calibration. Pamiętaj o zapisaniu wprowadzonych zmian.

Następnie dwukrotnie kliknij ikonę programu interaktywnego odtwarzania wideo (Interactive Video Playback – IVP), aby uruchomić program i zapewnić prawidłową zgodność między danymi widza a interaktywnym wyjściem z IVP. Wprowadź wymiary zbiornika zgodnie z konfiguracją w systemie widza z poprzedniego etapu, aby skorygować fakt, że końce akwarium są mniejsze niż monitory. Użyj klawiatury, aby przemieścić obszar widzenia lub okno widoku bodźców, tak aby wyrównać je z końcami zbiornika testowego widocznymi na serwerze animacji.

Różowe okno podglądu jest wyświetlane na jednym monitorze testowym, a niebieskie okno podglądu na drugim. Następnie należy przeskalować obraz samca ryby w obu oknach podglądu, aż osiągnie on pożądaną wielkość bodźca. Użyj standardowego bodźca kalibracyjnego i przeskaluj go do 66.7 millimeters, korzystając ze standardowego wzorca.

Przesuń pola na wyświetlaczu tak, aby wyrównały się z krawędziami zbiornika testowego. Użyj klawiszy queue lub w, aby przesuwać pola w stronę środka pozycji ryby lub od niego w celu skonfigurowania systemu. Umieść monitor CRT na każdym końcu akwarium o pojemności 80 liter wypełnionego czystą wodą i upewnij się, że jasność obu monitorów jest identyczna.

Wczytaj model, który zostanie przetestowany w tej demonstracji. Wybrane zostają pliki odpowiadające odpowiednim osobnikom męskim, fosforowi, rasy birmańskiej oraz odpowiedniemu osobnikowi męskiemu ex MechE. Z zestawu nieinteraktywnego lub interaktywnego wybierz stronę i etap, na których pojawi się każdy bodziec, oraz pożądany rozmiar każdego bodźca.

Następnie należy wybrać, czy ruchy obu bodźców mają być lustrzane czy nie. Na koniec można ustawić interaktywność pokazów godowych samca, wybierając albo ustawienie domyślne, w którym płetwa grzbietowa jest podnoszona tylko podczas bocznego pokazu godowego, albo określoną odległość. Obiekt musi znajdować się w zasięgu samca, aby wywołać reakcję.

Aby rozpocząć sesję testową, otwórz plik setup.txt interaktywnego wyświetlacza i ustaw parametr number program type na live testing oraz parametr number, experiment name na taką samą nazwę pliku, która zawiera dane eksperymentalne. Uruchom program IVP, ale nie naciskaj przycisku start. Pozostawi to pusty ekran na czas okresu aklimatyzacji.

Ostrożnie umieść badaną rybę w akwarium i odczekaj 10 minut, aż się uspokoi. Przed rozpoczęciem testu uruchom program observe viewer 2.0 oraz IVP. Bodźce wideo są prezentowane badanym w próbie składającej się z dwóch 20-minutowych etapów.

Etap składa się z czterech- lub pięciominutowych segmentów, z których przykład przedstawiono tutaj. W pierwszym segmencie samica jest aklimatyzowana w zbiorniku testowym przez pięć minut poprzez wyświetlanie monochromatycznego ekranu na obu monitorach. W drugim segmencie, przez kolejne pięć minut, na monitorze lewym i prawym wyświetlany jest inny bodziec wideo.

Bezpośrednio po wyświetleniu bodźców wideo, na obu monitorach ponownie wyświetlany jest monochromatyczny ekran przez pięć minut. W czwartym i ostatnim segmencie prezentowane są bodźce z drugiego segmentu, jednak pozycja każdego bodźca zostaje zamieniona. Zapewnia to kontrolę wewnątrzsamiczą w celu wykluczenia preferencji strony.

Drugi etap może powtarzać ten sam schemat z innym zestawem jednocześnie prezentowanych bodźców. Po zakończeniu wszystkich etapów należy usunąć badanego osobnika i wprowadzić kolejną rybę do testu; aby systematycznie kontrolować preferencje stron oraz efekty kolejności, należy zróżnicować stronę i kolejność prezentacji pomiędzy badanymi osobnikami. Interaktywny bodziec pokazany tutaj na czerwono na bieżąco śledzi pozycję poziomą samicy pokazaną na niebiesko.

Trzy zasady kierujące zachowaniem samca są następujące, przy czym kierunek X odnosi się do długości zbiornika, a kierunek Z do szerokości zbiornika. Zasada pierwsza: symulowany samiec zawsze podąża za osobnikiem badanym w poprzek ekranu, śledząc go w kierunku Z. Zasada druga: płetwa grzbietowa symulowanego samca jest podniesiona tylko wtedy, gdy wykonuje on lateralny pokaz godowy.

Zasada trzecia: symulowany samiec ryby mieczykowatej będzie wykonywał boczny pokaz godowy tylko przez 50% całkowitego czasu wyświetlania go samicy. Boczny pokaz godowy jest wyzwalany, gdy samiec ryby znajduje się w odległości mniejszej niż jedna czwarta długości ciała samca od samicy w kierunku Z. Boczny pokaz godowy jest niezależny od odległości samicy od monitora.

W analizie asocjacji w kierunku X czas jest obliczany automatycznie przez obserwatora i definiowany jako czas, który samica spędza w odległości 10 centymetrów od jednego z monitorów lub innych nieinteraktywnych bodźców. Wyniki uzyskane za pomocą IVP wykazują, że samice X silnie preferowały sygnały wizualne własnego gatunku. Jednakże, podczas testów z interaktywnymi samcami konspecyficznymi i heterospecyficznymi, samice nie wykazały preferencji po zakończeniu rozwoju. Technika ta pozwoliła badaczom w dziedzinie behawioru zwierząt na badanie interakcji społecznych przy użyciu algorytmów ilościowych.