Korzystanie z łańcucha narzędzi do animacji FishSim do badania zachowania ryb: studium przypadku kopiowania wyboru partnera u molinezji żaglopłetwych
8 listopada 2018
Korzystając z nowatorskiego FishSim Animation Toolchain, prezentujemy protokół do nieinwazyjnej wizualnej manipulacji informacjami publicznymi w kontekście kopiowania wyboru partnera u molinezów żaglopłetwych. Symulator ryb Animation Toolchain zapewnia łatwą w użyciu platformę do projektowania, animacji i prezentacji animowanych komputerowo bodźców ryb do eksperymentów behawioralnych z żywymi rybami testowymi.
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w badaniu zachowania ryb, zwłaszcza w dziedzinie wyboru partnera, a także w badaniu fascynującej strategii kopiowania wyboru partnera. Główną zaletą naszej techniki jest to, że mamy całkowitą kontrolę nad wyglądem i zachowaniem bodźców rybnych, których używamy do prezentacji żywych ryb podczas eksperymentów. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ różne kroki niezbędne do tworzenia, animowania i prezentowania animowanych komputerowo bodźców ryb za pomocą naszego łańcucha narzędzi muszą być precyzyjne, aby zapewnić prawidłowy przepływ pracy.
Rozpocznij tę procedurę od przygotowania tekstur kobiecego ciała z plamką grawitacyjną i bez niej, zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Aby dostosować punkt widzenia i ustawić scenę animacji, uruchom FishSim, wybierając ikonę FishSim w programie uruchamiającym po lewej stronie pulpitu. Skonfiguruj rozdzielczość monitorów prezentacji i kliknij przycisk Uruchom.
Naciśnij F1 na klawiaturze, aby przełączyć się z trybu wyświetlania do trybu edycji. Dostosuj punkt widzenia, aby dopasować go do wymiarów na monitorach prezentacyjnych, dostosowując kąt kamery. Obróć kamerę, przytrzymując lewy przycisk myszy i przesuwając kursor.
Aby przesunąć kamerę, przytrzymaj prawy przycisk myszy i przesuń kursor. Powiększaj i pomniejszaj, przytrzymując środkowy przycisk myszy i przesuwając kursor. Kliknij Ustawienia kamery na pasku narzędzi edycji i kliknij kopiuj do statycznej krzywki, aby ustawić punkt obserwacji.
Kliknij przycisk Plik, Zapisz scenę i zapisz dostosowaną scenę jako nową scenę domyślną. Aby zaprojektować wirtualne męskie bodźce do prezentacji podczas testów wyboru samca, kliknij Plik, Załaduj model ryby z menu rozwijanego i załaduj domyślny szablon męskiej żaglopłetwy molly, wybierając go z modeli folderu. Kliknij dwukrotnie lewym przyciskiem myszy załadowaną rybę, aby ją wybrać.
Zostanie on podświetlony w siatce. Kliknij ikonę koła zębatego na pasku narzędzi, aby otworzyć zestaw narzędzi dla ryb. Pojawi się okno z opcjami edycji używanymi do dostosowywania wirtualnego mężczyzny.
Odznacz pokaż siatkę, aby uzyskać lepszy widok ryby. Zmień imię na męskie. W razie potrzeby zmień skalę samca, zmieniając wartości X, Y i Z, a następnie kliknij przycisk Zastosuj.
Edytuj teksturę samca, klikając Tekstury w przyborniku edycji. Kliknij cechę ryby, aby ją zmienić. Kliknij teksturę wyświetlaną na liście, a pojawi się ona bezpośrednio i zastąpi poprzednią teksturę na rybie.
Po utworzeniu żądanego samca kliknij Zastosuj w konfiguracji w przyborniku edycji i kliknij zapisz rybę na dysku. Zapisz nowego samca w folderze modeli. Aby uzyskać wirtualne męskie animacje do prezentacji podczas testów wyboru partnera, podłącz kontroler do gier do portu USB komputera operacyjnego i otwórz FishSim.
Kliknij rozpocznij umieszczanie i użyj kontrolera, aby umieścić rybę w dowolnej pozycji startowej w wirtualnym zbiorniku. Kliknij przycisk Zatrzymaj umieszczanie. Rozpocznij nagrywanie ścieżki pływania ryby, klikając przycisk Rozpocznij nagrywanie.
Użyj kontrolera, aby przesunąć rybę po scenie. Po zatrzymaniu nagrywania i zapisaniu ścieżki pływania, edytuj nagranie, aby dodać ruch płetwy grzbietowej samca, aby naśladować zachowanie samca podczas testów wyboru partnera. Aby to zrobić, wybierz płetwę grzbietową z menu rozwijanego w funkcji edycji.
Wybierz rozpocznij edycję, a cała ścieżka pływania zostanie odtworzona. Naciśnij przycisk L1 na kontrolerze, aby podnieść płetwę grzbietową w określonych momentach w czasie. Kliknij przycisk Zapisz, aby zapisać edytowaną wersję ścieżki pływania jako nowy plik torby.
Powtórz te kroki, z wyjątkiem wybrania gonopodium, aby dodać jego ruch. Aby uzyskać wirtualną animację męską i modelową kobietę do prezentacji w okresie obserwacji, otwórz FishSim. Naciśnij F1, aby przejść do trybu edycji i kliknij Plik, Załaduj scenę, aby załadować scenę z mężczyzną i kobietą.
Po rozpoczęciu sterowania rybami wybierz na przemian samca i samicę, aby je umieścić, klikając start / stop umieszczanie w wirtualnym zbiorniku. Do nagrania najpierw wybierz samicę ryby z menu rozwijanego panelu sterowania i utwórz ścieżkę pływania o czasie trwania 10 minut, tak jak poprzednio. Kliknij zatrzymaj nagrywanie i zapisz ścieżkę pływania na dysku.
Następnie kolejno edytuj ścieżkę pływania samca, ruch płetwy grzbietowej i ruch gonopodium jak poprzednio. Zapisz ostateczną wersję do późniejszego wykorzystania w FishPlayerze. Przygotuj eksperyment MCK zgodnie z opisem w protokole tekstowym.
Otwórz FishPlayer na komputerze operacyjnym i ułóż listy odtwarzania do pierwszego testu wyboru partnera. Umieść żywą ogniskową samicę w zbiorniku testowym. Pozwól jej swobodnie pływać, aklimatyzując się do zbiornika i do prezentacji pustych zbiorników na obu monitorach przez okres 20 minut.
Po aklimatyzacji umieść ogniskową samicę w przezroczystym akrylowym cylindrze pośrodku zbiornika testowego, aby zapewnić równą odległość od obu monitorów. Uruchom listy odtwarzania na obu monitorach jednocześnie, klikając przycisk Odtwórz, zaczynając od testu pierwszego wyboru partnera. Zanim zegar osiągnie dwie minuty i 30 sekund, udaj się powoli do eksperymentalnego zbiornika i uwolnij ogniskową samicę z cylindra, delikatnie podnosząc ją prosto z wody.
Wróć do komputera operacyjnego. Obserwuj ogniskową samicę i miej pod ręką dwa stopery, aby zmierzyć czas skojarzenia z każdym wirtualnym samcem bodźca. Przerwij pomiar czasu asocjacji, gdy zegar osiągnie siedem minut i 30 sekund.
Wpis pauzy będzie wtedy działał przez minutę i 30 sekund. Użyj pauzy jako czasu obsługi, aby ponownie umieścić ogniskową samicę w cylindrze i zapisać czas dla każdego wirtualnego samca w arkuszu danych. Zanim timer osiągnie 11 minut i 30 sekund, zwolnij ogniskową samicę z cylindra.
Zmierz czas asocjacji przez następne pięć minut. Przestań mierzyć czas asocjacji, gdy timer osiągnie 16 minut i 30 sekund. Wpis pauzy będzie trwał jedną minutę.
Wykorzystaj ten czas obsługi, aby umieścić ogniskową żeńską wewnątrz cylindra. Zapisz czasy asocjacji dla drugiego pomiaru. Dla każdego samca zsumuj czasy asocjacji obu połówek testu pierwszego partnera.
Oblicz, czy samica ogniskowa miała odchylenie boczne i który partner był preferowany przez samicę ogniskową, jak opisano w protokole tekstowym. Zmień kolejność list odtwarzania tak, aby preferowany wcześniej samiec był animowany samodzielnie w okresie obserwacji, a wcześniejszy niepreferowany samiec był animowany razem z wirtualną modelką samicą. Kliknij przycisk Odtwórz, aby kontynuować drugą część eksperymentu, a wpisy zostaną odtworzone od góry do dołu, począwszy od 10-minutowego okresu obserwacji.
Po okresie obserwacji rozpoczyna się 30-sekundowa przerwa. Podczas każdej pauzy pusty wirtualny zbiornik jest widoczny dla skupiających się samic. Zanim zegar osiągnie 10 minut i 30 sekund, wypuść ogniskową samicę z cylindra i rozpocznij drugi test wyboru partnera z pięciominutowym zapisem dla każdego samca.
Zmierz czasy skojarzeń przez następne pięć minut. Przerwij pomiar czasu asocjacji, gdy timer osiągnie 15 minut i 30 sekund. Wpis pauzy będzie wtedy działał przez minutę i 30 sekund.
Umieść ogniskową samicę wewnątrz cylindra i zapisz zmierzony czas dla każdego wirtualnego samca. Zanim timer osiągnie 19 minut i 30 sekund, wypuść ogniskową samicę z cylindra i zmierz czas asocjacji z ostatnich pięciu minut. Zatrzymaj pomiar czasu asocjacji, gdy czasomierz osiągnie 24 minuty i 30 sekund, i zakończ eksperyment.
Zgodnie z przewidywaniami dotyczącymi kopiowania wyboru partnera, wyniki preferencji dla wcześniejszego niepreferowanego wirtualnego samca znacznie wzrosły od pierwszego do drugiego testu wyboru partnera po tym, jak samicy ogniskowej przedstawiono symulowany wybór partnera wirtualnej samicy modelowej. Efekt ten stwierdzono w obu terapiach, ale nie w grupie kontrolnej, w której w okresie obserwacji nie było żadnej wirtualnej modelki żeńskiej. Wynik kopiowania dla wcześniejszego niepreferowanego samca był znacznie wyższy w leczeniu z użyciem wirtualnego modelu żeńskiego w porównaniu z grupą kontrolną.
Nie było jednak różnicy między zabiegami, niezależnie od tego, czy modelowa samica miała miejsce ciężarne, czy nie. W porównaniu z kontrolą, znacznie więcej samic odwróciło swój początkowy wybór partnera na korzyść wcześniejszego niepreferowanego samca po obserwacji go z wirtualną samicą modelową. Wynik ten był również niezależny od tego, czy miała miejsce ciężarowe, czy nie.
Próbując wykonać tę procedurę, ważne jest, aby wiedzieć, że animowanie wirtualnej ryby w naturalny sposób za pomocą kontrolera do gier wymaga praktyki. Dlatego ten krok może być w rzeczywistości najbardziej czasochłonny. Chociaż nasz protokół jest bardzo specyficzny dla badania kopiowania wyboru partnera, nasz łańcuch narzędzi oferuje rozwiązania do badania różnych innych pytań dotyczących zachowania ryb, a nawet funkcji poznawczych, na przykład decyzji dotyczących linii brzegowej lub wykrywania drapieżników i ofiar.
Wykorzystanie animacji komputerowej w badaniach nad zachowaniem zwierząt jest obiecującym podejściem do manipulowania ekspresją cech wizualnych, a nawet wzorców behawioralnych w sposób nieinwazyjny. Zapewnia wysoki stopień kontroli i standaryzacji w porównaniu do wykorzystania żywych zwierząt jako bodźców.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł przedstawia protokół wykorzystujący FishSim Animation Toolchain do nieinwazyjnej manipulacji wizualnej w badaniach nad kopiowaniem wyboru partnera u ryb płetwy żaglówek. Metoda ta pozwala badaczom kontrolować wygląd i zachowanie animowanych ryb stymulujących w czasie eksperymentów behawioralnych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki behawioralne
- Zachowanie zwierząt
- Badania nad wyborem partnera
Tło
- Kopiowanie wyboru partnera to fascynująca strategia w zachowaniu ryb.
- Zrozumienie tego zachowania może dostarczyć wglądu w uczenie społeczne u zwierząt.
- FishSim Animation Toolchain oferuje nowatorskie podejście do badania tych dynamiki.
- Precyzyjna kontrola nad stymułami jest kluczowa dla dokładności eksperymentów.
Cel badania
- Opracowanie nieinwazyjnej metody badania kopiowania wyboru partnera.
- Dostanie ram dla tworzenia i prezentacji animowanych ryb stymulujących.
- Ulepszenie rozumienia wskazówek wizualnych w wyborze partnera.
Stosowane metody
- Przygotowanie tekstur ciała samic z plamami ciążowymi i bez nich.
- Konfiguracja środowiska FishSim do animacji.
- Animacja ryb stymulujących do prezentacji na żywych rybach do testów.
- Wizyjna demonstracja metody w celu zapewnienia prawidłowego przepływu pracy.
Główne wyniki
- Sukces w animacji i prezentacji ryb stymulujących.
- Wykazane kontrolowanie aspektów wizualnych stymułów.
- Ułatwienie eksperymentów behawioralnych z użyciem żywych ryb.
- Dostanie jasnego protokołu dla przyszłych badań w tej dziedzinie.
Wnioski
- FishSim Animation Toolchain jest skuteczny w badaniu kopiowania wyboru partnera.
- Ta metoda pozwala na precyzyjną manipulację stymułami wizualnymi.
- Otwiera nowe szlaki badań nad zachowaniem ryb i uczeniem się społecznym.
Często zadawane pytania
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.
