Name: Radio Frequency Identification and Video Motion-sensível eficiente Automatizar Gravação de unrewarded escolha Comportamento por Zangões (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-11-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: Aprenda a automatizar a observação do comportamento de escolha de abelhas em flores artificiais usando RFID e gravação de vídeo sensível a movimento. Este método permite capturar eventos raros e estudar o comportamento de zangões com alta precisão.

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Os experimentos foram apoiados por uma bolsa do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá para o CMSP. Agradecemos à Koppert Canada por suas doações de colônias de abelhas. Partes deste manuscrito, incluindo algumas figuras e tabelas, foram publicadas em Naturwissenschaften11 e reproduzidas aqui com permissão de Springer.

O Comitê da Universidade de Ottawa Animal Care aprovou nosso protocolo experimental, que delineia os procedimentos de segurança para o pessoal que trabalha com abelhas. 1. Teste de Preparação Ambiente <ol><li> Prepare um espaço vazio (isolado quarto, ou gaiola de vôo de tela metálica coberta) de 2 mx 2 mx 2 m. NOTA: Se a sala é escolhido como o espaço de teste, certifique-se que as abelhas não podem escapar através das janelas, espaços sob as portas, e dutos de troca de ar. </li><li> Adicionar pontos de entrada pequenas (por exemplo, furos aprox. 2 centímetros de diâmetro) para a gaiola de voo em que as abelhas podem entrar e sair do espaço de teste sem obstrução. Criar um mecanismo para bloquear os pontos de acesso das abelhas para manter fora do espaço do teste durante períodos reservados para manutenção e configuração do equipamento. NOTA: Foi utilizado Bombus impatiens trabalhadores Cresson. </li><li> Conecte-se uma ou duas caixas de colônia para o espaço de teste usando um conector. Certifique-se de que uma abelha morta não pode block o conector. NOTA: Aqui, use dois tipos de estruturas de ligação: uma "ponte" estrutura de madeira com uma tampa superior de vidro, e um tubo de malha de arame. Eles são fáceis de limpar e que proporcionam tração para as abelhas. </li><li> Coloque dois titulares de flores artificiais no interior do espaço de teste. <ol><li> Coloque os titulares de flores no centro do espaço-teste, ou anexá-los à parede. </li><li> Ligue um leitor de RFID "cabeça 2K6" ao topo da porção do cilindro da flor artificial usando fita adesiva (veja a Figura 1 para posicionamento). Use um suporte de madeira de 1,2 m de altura para que anexar flores artificiais. NOTA: A parte superior do suporte deve apresentam um mecanismo de fixação em que as flores artificiais podem ser conectados. Ver Figura 2 para um desenho esquemático </li></ol></li><li> Adicione-alta frequência (min. 200 Hz) luminárias fluorescentes para iluminar adequadamente o espaço de testes. Use um reator eletrônico de alta freqüência para garantir que light flicker está acima flicker visuais limiar de fusão 'zangões 6. NOTA: Aqui, usar 12 lâmpadas fluorescentes de luz que produzem cerca de 1.200 lux intensidade luminosa para um espaço de 2 x 2 x 2 m. </li></ol><img alt="A Figura 1" src="/files/ftp_upload/52033/52033fig1highres.jpg"> Figura 1. RFID desenho de flor artificial. Diagrama esquemático da flor artificial RFID usado na Experiência 1. O leitor RFID descansou no topo do cilindro aberto através do centro da flor. Padrões e posições estímulos: a. periférica-concêntrico, b. centro-concêntrico, c. -periférica radial e d. -radial central. Esta figura foi modificada de Orbán et al. 11. <img alt="A Figura 2" src="/files/ftp_upload/52033/52033fig2highres.jpg"> <strong figura est stand de exibi um desenho esquem mostrando o design do flor artificial e apego clipe. clip fixa colada usada para conectar rapidamente retirar os as arquibancadas esta configura foi utilizada no experimento v sens ao movimento. href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52033/52033fig2highres.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. 2. Bumblebee Colony Preparação <ol><li> Após a chegada de colônias encomendados comercialmente, ligar a caixa de colônia para a gaiola de vôo. </li><li> Fornecer o pólen (recolhido por abelhas a partir de uma variedade de plantas) e açúcar-água (1: 1 em volume) ad libitum até ao início das sessões de testes. <ol><li> Ferver 1 L de água e misturar no mesmo volume de açúcar para criar a solução de açúcar-água. </li><li> Adquira o pólen de um apicultor ou commercial fornecedor de colônias de abelha. Moer o pólen com um almofariz e pilão, e misture com mel e água (se necessário) para torná-lo em uma pasta úmida. </li></ol></li><li> Uma vez que a experiência se inicia, fornecer 15-40 ml de água com açúcar (quantidade proporcional ao tamanho das colónias) por dia. Continuar a fornecer pólen ad libitum. Ajuste a quantidade de açúcar-água de acordo com os níveis de armazenamento nos potes de mel. Nota: Os níveis de armazenamento de alimentos Manter baixo fornece um incentivo para que os trabalhadores deixam o ninho para procurar mais comida. </li><li> Permitir que as abelhas para entrar no ambiente de teste através da estrutura do conector, tal como descrito na etapa 1.3. NOTA: As abelhas se mover livremente entre o ninho eo ambiente de teste durante todo o experimento. </li></ol> 3. Preparação para a Observação de identificação por radiofrequência <ol><li> Iniciar a colagem de etiquetas RFID ao tórax dos trabalhadores, logo que chega a colónia, e continuar ao longo da experiência, como novo trabalhoers surgir. </li><li> Técnica de colagem <ol><li> Coloque todos os trabalhadores em recipientes individuais durante a marcação inicial. Frescos trabalhadores por aproximadamente 1 hora na geladeira (cerca de 7 ° C) para atrasá-los. NOTA: O resfriamento trabalhadores com antecedência de marcação ajuda a tornar colônias agressivos mais gerenciável. Isto minimiza a possibilidade de picadas. </li><li> Usando o aparelho de marcação e cola não tóxica (fornecido pelo provedor de marca), anexar a tag RFID para o tórax do trabalhador. As etiquetas RFID cola para os trabalhadores à medida que surgem, enquanto eles ainda estão em fase imatura (antes que eles são capazes de voar). </li><li> Espera um mínimo de 10 minutos antes de colocar o trabalhador de volta na colónia para assegurar a etiqueta RFID não pode ser removido pelo trabalhador. </li></ol></li><li> Descarte de trabalhadores que não foram marcados durante a sua fase imatura, ou trabalhadores que perderam seus tags RFID (como visto pelo resíduo de cola ou careca no tórax). NOTA: Estas abelhas podem ter experiência teve outsidenviar um e colônia. </li><li> Software leitor de RFID <ol><li> Usar um computador pessoal (PC) para configurar o software de leitura de RFID. Alterar o formato de data do sistema operacional para hh aaaa-mm-dd: mm: ss para garantir que os dados de RFID baixados são corretamente codificado. Ajuste o programa fornecido com os leitores de RFID, utilizando linguagem de programação C ++ para permitir exportar os dados no leitor RFID como Comma Separated Values ​​(CSV). </li><li> Ligue o leitor de RFID para o computador usando um RS-232 para USB conector. Faça o download dos dados para o leitor RFID periodicamente, antes que o leitor chega a capacidade de armazenamento (até 32.000 registros). Use leitores de RFID para registrar data, hora e uma cadeia exclusiva treze caráter associado a cada tag. Importe o arquivo CSV baixado em um sistema de gerenciamento de banco de dados relacional (RDBMS). </li></ol></li></ol> 4. Artificial Flor Preparação para Leitores RFID <ol><li> Adquira azul e amarelo assar argila de uma loja de artesanato local. </li><li> Criar um blcilindro ue com um diâmetro de 1,5 cm, e cortar um 1,5 centímetros x 3 cm buraco na lateral. NOTA: O orifício do lado do cilindro vai servir de receptáculo para o leitor RFID. </li><li> Criar um cone de azul, com um diâmetro de 8 cm em uma extremidade, e 1,5 cm na outra extremidade. </li><li> Mesclar o cilindro eo cone. </li><li> Criar uma cadeia de 20 cm de comprimento e 0,5 cm de largura de argila amarela. </li><li> Cortar o fio amarelo ao tamanho, e trabalhar para o cone azul e do cilindro. NOTA: formas radiais exigirá cinco centímetros de comprimento de linhas retas e formas concêntricas exigirá 4-8 cm de comprimento linhas circulares. </li><li> Asse argila a 130 ° F até estar completamente endurecido. </li></ol> 5. Preparação para a Observação de gravação Motion-sensível Vídeo <ol><li> Comece colando etiquetas numéricas plástico colorido ao tórax das abelhas operárias, logo que a colônia chega, e continuar durante todo o experimento como novos trabalhadores emergir. </li><li> Remova todos os trabalhadores durante o Taggi inicialng sessão para assegurar que cada indivíduo recebe uma etiqueta de número. Trabalhadores lugar de volta na colônia imediatamente após a aplicação. NOTA: Ao contrário de etiquetas RFID, etiquetas numéricas são mais difíceis para os trabalhadores de remover. </li><li> À medida que novos trabalhadores emergir, marcá-los enquanto eles ainda estão imaturos. Marcação de frequência varia com o estado do ciclo colonial, mas as médias de cerca de 7-10 trabalhadores a cada 2-3 dias. Descarte de trabalhadores que não foram marcados durante a sua fase imatura porque eles podem não estar mais-flor ingênuo. </li><li> Sistema de marcação de mais trabalhadores do que números das etiquetas disponíveis NOTA: Se o experimento continua por um período de meses e várias colônias estão envolvidos, há uma boa chance de que os números de tag disponíveis acabar. Há cerca de sete cores de tag distinguíveis, cada numeradas de 1 a 99, permitindo até 693 trabalhadores simultaneamente marcados. Um experimento em execução por 3 meses usando 3-4 colônias terá bem mais de 693 trabalhadores no total, mas nunca simultaneamente vivo. &lt;ol&gt; </li><li> Certifique-se de que os números marcas estão posicionadas de forma sistemática (por exemplo, parte de cima do número da etiqueta é sempre alinhado com a cabeça da abelha), especialmente para os seguintes números: 6, 9, 66, 69, 99. </li><li> Remover trabalhadores mortos, e gravar seu número da etiqueta como "liberado". Manter uma base de dados de números e cores que são tag "disponível" ou "em uso" para garantir que uma marca única, não é usado em vários abelhas ao mesmo tempo. NOTA: Adicionais combinações de tag pode ser produzido adicionando cores cores já existentes. Por exemplo, adicionar um ponto amarelo a um tag azul com uma caneta Sharpie pode criar novas combinações. </li></ol><li> Vídeo de Processamento de Dados <ol><li> Coloque duas protocolo de internet (IP) camcorders (resolução mínima da imagem 1 mp) na frente de cada exposição floral, fora do ambiente de teste (ver Figura 3). <img alt="A Figura 3" src="/files/ftp_upload/52033/52033fig3highres.jpg"> NOTA: Uma divisória de vidro entre as câmaras de vídeo IP e as flores artificiais garante que as flores artificiais são claramente visíveis. As câmaras de vídeo IP pode ser de até 5 m de distância dos estímulos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52033/52033fig3highres.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> </li><li> Substitua as lentes de ações com lentes vari-focal 1,8 milímetros. Essas lentes permitem zoom suficiente e se concentrar nas flores artificiais. </li><li> Coloque uma câmera IP adicional diretamente acima da flor artificial, com foco em uma área de 1-2 m na frente das flores artificiais. Esta câmara de vídeo capta pairando e antenação comportamentos. </li><li> Ligue as câmaras de vídeo IP a um PC através de um controlador de interface de rede secundária (NIC), e um hub Ethernet. </li><li> Configurar o protocolo de configuração de host dinâmico do PC (DHCP) para distribuir dinamicamente endereços IP para as câmaras de vídeo IP. </li><li> Configurar um servidor de protocolo de transferência de arquivos (FTP) no PC. </li><li> Configure um processo de cliente de FTP para depositar automaticamente clips de vídeo no PC. </li><li> Configure a câmera de vídeo IP para gravar um vídeo de 10 segundos cada movimento do tempo é detectado. </li></ol></li><li> Análise videoclip <ol><li> Abra um clipe de vídeo, e ver o conteúdo frame-by-frame usando um visualizador de vídeo de escolha. </li><li> Gravar uma abelha tag plástico número, data e hora de gravação em uma planilha ou um RDBMS. Aqui, definir um pouso como as pernas de uma abelha entrar em contato com a flor artificial. NOTA: Descarte escolhas que são socialmente influenciados (pouso, enquanto outra abelha está presente no estímulo). </li></ol></li>e "&gt; 6. Artificial flor de Preparação para a Observação de Vídeo <ol><li> Projete propriedades visuais que utilizam um software de edição gráfica. NOTA: Certifique-se que o padrão impresso pode ser cortado e dobrado em um cone. Use cálculos geométricos para produzir a forma do entalhe, que resulta em um cone com um diâmetro de 8 cm. </li><li> Imprimir, recortar e dobrar a propriedade visual em um cone. </li><li> Clipes de fixação de cola ao estímulo (ver Figura 2). </li></ol> 7. Análise estatística <ol><li> Em ambos os experimentos, calcular uma proporção escolha para cada abelha (por exemplo, uma abelha especial feito x escolhas de uma flor, de um total de y). </li><li> Analisar essas proporções com uma bondade replicados de Fit Teste 7. NOTA: Um teste replicado G-calcula um valor de heterogeneidade (L h) que indica a quantidade de variabilidade de repetições (ou seja, cada abelha), e um valor agrupado (L p) que indica a importância global detodas as proporções escolha. Os valores G são comparados com valores χ 2 em testes de significância. </li></ol> 8. Os estímulos Apresentação Sequence <ol><li> Anexar flores artificiais para as bancas de flores no interior do espaço de teste. Altere a combinação ea localização dos estímulos apresentados em intervalos regulares de tempo (por exemplo, diariamente) para evitar os efeitos de localização. </li></ol> Rescisão 9. Estudo <ol><li> Coloque as colônias no congelador a -10 ° C durante 3 dias para matar as abelhas. </li></ol>

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</ol>

Os autores não têm interesses financeiros concorrentes.

A tecnologia RFID permite que estudam centenas de trabalhadores individuais com facilidade e de alta precisão, mas as características do comportamento gravado é diferente a partir de observações por seres humanos e gravações de vídeo. O comportamento de escolha registrado por RFID pode ser descrito como a exploração floral. Este é um critério muito rigoroso de preferência em comparação com critérios utilizados em outros estudos, como a abordagem 8, a entrada em um labirinto de braço 9,10, a reação da antena 8, ou pouso em um padrão de 11,12. A fim de comparar a validade das definições comportamento de escolha, e para validar o novo método de RFID para o comportamento sem recompensa, gravações de vídeo de pouso foi observada no experimento 2. Todas as medidas de escolha não são iguais: o critério de RFID como medido por entrada floral, indicou que a propriedade visual do padrão de posicionamento é mais importante para escolha de abelha, enquanto os dados de vídeo indicaram que a propriedade visual do tipo de padrão é mais importante para escolha de abelha. Um dos desafios gerais em estudar o comportamento de escolha inculto é que é muito difícil atrair flor ingênua, abelhas sem treinamento para flores artificiais que não oferecem qualquer pólen ou néctar. De fato, muitas das experiências anteriores recorreram a treinar abelhas no ambiente de testes em estímulos que são pensados ​​para ser irrelevante para o comportamento de escolha de estímulos de teste. RFID e gravações de vídeo sensíveis ao movimento superar esse obstáculo, permitindo a gravação contínua, 24 horas por dia, sem a supervisão constante do pesquisador, e aumentando o tamanho da amostra 15-20 abelhas para várias centenas de abelhas. Enquanto escolhas sem recompensa por abelhas sem formação continuam a ser uma ocorrência rara, estes novos parâmetros de projeto experimental fazer a observação possível. Outras melhorias oferecidas por estas duas técnicas incluem a eliminação do viés da amostra, a melhoria da validade externa e acompanhamento das diferenças individuais. Sample viés podem ser introduzidos quando apenas estudar uma dúzia de abelhas em uma colônia. Há diferenças significativas nas idiossincrasias comportamentais em todo os trabalhadores individuais, mesmo dentro de uma mesma colônia que são provavelmente perdida, porque só os trabalhadores são observados que acontecer a &quot;cooperar&quot; com o pesquisador em um determinado momento. Estudar 15-20 abelhas em uma colônia de 300 ou mais abelhas, representa tão pouco como 5% do total da colónia, no qual viés caso de amostragem pode ser significativo. Marcação e observar o comportamento de todos os trabalhadores elimina este problema completamente. O número de escolhas estímulos simultâneas pode também ser manipulado. Oferecemos opções binárias em nosso experimento, por motivos técnicos, mas única escolha ou vários projetos de escolha também são viáveis. Em termos de validade externa, estudando as abelhas em um ambiente de laboratório tem sido tradicionalmente muito artificial, o que tem impedido a generalização dos resultados. Por exemplo, os pesquisadores tiveram que ser present para coleta de dados, as abelhas tiveram de forragem em um ambiente de teste um por um, e os testes foram restritos a uma pequena janela de tempo. As novas técnicas descritas neste documento remover essas limitações artificiais, fazendo a observação sem supervisão e sem restrições. Finalmente, as diferenças individuais de comportamento pode ser documentado, pois podemos verificar se estas foram repetidas escolhas por uma única abelha ou por várias abelhas. Sensível ao movimento, câmaras de vídeo de alta resolução espacial têm a vantagem sobre as técnicas de RFID em termos de flexibilidade de modelos de estímulos: o aparecimento de um estímulo visual pode ser praticamente qualquer configuração ou forma, desde que a identificação do sujeito pode ser capturada em pelo menos um alguns fotogramas. Processamento de vídeos é um pouco mais demorada do que o processamento de dados de RFID, pois a identificação precisa ser lido pelo pesquisador, que exige a inspeção manual de cada videoclipe. Se o projeto de estímulo visual pode satisfazer as restrições de RLeitor FID (ou seja, as etiquetas RFID sobre a abelha deve chegar a pelo menos 3-4 mm do leitor RFID), então a tecnologia RFID tem a vantagem sobre coleta automatizada de dados em grande escala. A pesquisa qualitativa provavelmente continuará a ser favorecido por meio de análise de vídeo. Como mostrado neste experimento, os leitores de RFID podem acumular grandes conjuntos de dados, que não requer codificação manual. Os ligeiramente diferentes vantagens associadas com cada técnica sugerem que no futuro eles poderiam ser utilizados de uma forma complementar. O futuro de ambas as tecnologias pode estar na quantificação precisa dos comportamentos que ocorrem raramente. Por exemplo, uma possibilidade distinta para futuras aplicações é empregar essas técnicas em estufas e outros ambientes mais naturalistas. A combinação de naturalismo e controle experimental permitiria abordar questões que não eram possíveis antes de responder. Em termos gerais, estas técnicas oferecem duas novas formas de observar o comportamento em um um rigorosoforma eficiente nd. RFID e vídeo sensível ao movimento é um passo significativo não apenas para pesquisadores que estudam ou insetos polinizadores, mas estas técnicas também podem recorrer a outros cientistas comportamentais.

Um problema-chave no estudo de comportamento de escolha desaprendido por abelhas e as abelhas é que de flores ingênuo, trabalhadores sem treinamento não são facilmente entrar no espaço de testes em que as preferências podem ser medidos. Como resultado, muitos pesquisadores dependem de uma técnica menos do que ideal: trabalhadores pré-treinamento para alimentar dentro do espaço de teste a partir de estímulos aparentemente neutros que os pesquisadores julgam ser diferente dos estímulos experimentais. No entanto, experiências recentes têm mostrado que os estímulos que foram pensados ​​para ser neutros (ou seja, estímulos que não influenciam o comportamento de escolha subsequente em uma sessão de testes) influenciaram preferências de forma inesperada um. Os sistemas automatizados que incluem identificação por radiofrequência (RFID) 2 e gravações de vídeo com sensores de movimento podem oferecer uma oportunidade resolver este problema. O objectivo do estudo era duplo: (1) principalmente para contribuir para a literatura sobre preferências florais desaprendizados por abelhas, (2) e, secundariamente, para evaliar dois sistemas de medição de escolha, como registrado por dois dispositivos diferentes de gravação automatizadas. Dois sistemas automatizados 3 foram implementados no presente estudo para observar o comportamento de escolha desaprendido: RFID e gravações de vídeo sensíveis ao movimento. Dois elementos cruciais de ambos os sistemas são de que as escolhas não são recompensados, ea exibição de diferentes pistas visuais podem ser manipuladas. Sensível ao movimento de vídeo (alta definição, gravação em uma resolução mp) não só permite a observação contínua de trabalhadores que exploram livremente em um quarto vôo, mas é fundamental para a observação eficiente de eventos relativamente raros 4. A questão de pesquisa no experimento 1 refere-se a como as diferentes propriedades visuais interagem quando exibidos juntos. Este estudo busca explorar a importância relativa do padrão de posicionamento em relação ao tipo de padrão. Usando um projeto 2 x 2, radial (ou seja, sunburst) e concêntrica (ou seja, e do touroye) tipos de padrão são colocados central ou periférica em uma flor artificial (ver Figura 1 para exemplos de estímulos). Leitores RFID são construídas para estes estímulos de flores artificiais especialmente desenhados, e os zangões receber etiquetas RFID permitiu que nos permitem gravar cada trabalhador com etiquetas que entra o estímulo flor artificial. Observação de RFID funciona pelo mecanismo leitor (incorporada nas flores artificiais) o envio de sinais a frequências de rádio (13,56 MHz, neste caso), que são moduladas pela presença de etiquetas passivas. O leitor pode detectar e gravar estas modulações de sinais, que variam ligeiramente em todo etiquetas que permitem tag de identificação único. As questões de Experimento 2 são três. Em primeiro lugar, são flor-entrada, medida pelo RFID e desembarque, medida pelo gravações de vídeo critérios de escolha equivalentes? Escolha é medida em pontos diferentes (pouso para o vídeo, e entrada flor para RFID), o que pode traduzir-se em medidas diferentesde preferência. Em segundo lugar, qual é o efeito do centro vs posicionamento periférico? Desconhece-se se ou não os trabalhadores escolheria um padrão central, se uma combinação que consiste em dois padrões em diferentes posições radiais foram apresentadas (ver Figura 4b). Em terceiro lugar, qual é a importância relativa de posição padrão vs tipo de padrão? Em outras palavras, vai abelhas pousar em padrões do tipo padrão preferido, ou a posição padrão preferido? Abelhas podem preferir centro-radial a um padrão periférico-concêntrico, mas a preferência pode ser devido ao tipo de padrão ou o seu posicionamento central. Neste experimento, duas variáveis ​​foram colocados uns contra os outros 5 (ver Figura 4c, d). No Experimento 2, foram utilizados gravações de vídeo sensível ao movimento em estímulos flor-like. Flores artificiais foram colocados dentro de uma gaiola de vôo, e câmeras de alta definição sensível ao movimento foram apontou para estas flores de front e no topo. Mais especificamente, duas câmaras de vídeo foram posicionados de modo a capturar a vista frontal de cada um dos dois estímulos no espaço do teste. Uma câmera de vídeo adicional foi posicionado entre os estímulos para gravar pairando comportamento de cima, eo comportamento de ambas as flores artificiais capturado. Os zangões foram identificados usando o número de marcas que podem ser lidos em clipes de vídeo de alta definição. Pairando, foram observados antenação e aterragem comportamentos.

<table><tbody><tr><td>Etiquetas microaturizadas mic3</td><td>Microsensys</td><td>mic3 TAG 64 bit RO</td><td>Etiquetas RFID para colar na cabeça de abelha</td></tr><tr><td>Leitor RFID 2k6 Leitores</td> RFID <td>Microsensys</td><td>2k6</td><td>embutidos em flores artificiais</td></tr><tr><td>Filmadoras IP</td><td>Vivotek</td><td>IP8161</td><td>Gravadores de vídeo sensíveis ao movimento</td></tr><tr><td>Etiquetas numéricas Opalith Plattchen e cola não tóxica</td><td>Beeworks.com</td><td>n/a</td><td>Etiquetas numéricas para colar nas abelhas</td></tr><tr><td>Colônia de abelhas para pesquisa</td><td>Koppert Canadá</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Flores artificiais</td><td>N/A</td><td></td><td>Desenvolvido pela loja de biologia do campus</td></tr><tr><td>Suporte de flores artificiais</td><td>N/A</td><td></td><td>Desenvolvido pela loja de biologia do campus</td></tr><tr><td>Sala de voo</td><td>N/A</td><td></td><td>Desenvolvido pela loja de biologia do campus</td></tr><tr><td>Laptop com Windows</td><td>Hardware genérico / software</td> <td>Microsoft</td><td>Usado para baixar dados RFID</td></tr><tr><td>RS 232 para conversor USB</td><td>Genérico</td><td></td><td>Conecte o leitor RFID ao computador</td></tr><tr><td>Desktop</td><td>IBM</td><td></td><td>Usado para transmitir dados de vídeo</td></tr><tr><td>Segunda placa de rede</td><td>Genérica</td><td>10 / 100M NIC PCI</td><td>Usada para transmitir dados de vídeo</td></tr><tr><td>Hub de rede</td><td>Genérico</td><td>de 4 portas</td><td>Usado para transmitir dados de vídeo</td></tr><tr><td>Pinça de alta precisão</td><td>SPI</td><td></td><td>Usado para colar etiquetas de número e RFID em abelhas</td></tr><tr><td>Açúcar</td><td>Genérico</td><td></td><td>Usado para misturar com água para criar água com açúcar</td></tr><tr><td>Pólen</td><td>Qualquer apicultor</td><td></td> local <td>Alimentado para abelhas</td></tr><tr><td>Marcação de gaiola com êmbolo</td><td>Beeworks.com</td><td></td><td>Auxilia no processo de marcação</td></tr><tr><td>Mel</td><td>Genérico</td><td></td><td>Usado para misturar com água ou criar pasta de pólen</td></tr><tr><td>Assar argila</td><td>Estímulo Sculpey</td><td></td><td>para ferramentas de</td></tr><tr><td>modelagem de argila</td> RFID <td>Estímulo genérico</td><td></td><td>para RFID</td></tr><tr><td>White paper</td><td>Estímulo genérico</td><td></td><td>para</td></tr><tr><td>impressora a laser</td> de vídeo <td>Estímulo genérico</td><td></td><td>para vídeo</td></tr><tr><td>Estímulo</td><td>genérico</td><td></td><td>de madeira para vídeo - clipe de fixação</td></tr></tbody></table>

radio frequency identification and video motion-sensível eficiente automatizar gravação de unrewarded escolha comportamento por zangões

Radio Frequency Identification and Motion-sensitive Video Efficiently Automate Recording of Unrewarded Choice Behavior by Bumblebees

Nós apresentamos dois métodos para observar o comportamento de escolha Bumblebee em um espaço de testes fechado. O primeiro método consiste na identificação por radiofrequência (RFID) leitores construídas em flores artificiais que exibem várias pistas visuais e tags RFID (ou seja, transponders passivos) colados ao tórax de trabalhadores zangão. A novidade em nossa implementação é que os leitores de RFID são construídos diretamente em flores artificiais que são capazes de exibir várias propriedades visuais distintas, como cor, tipo de padrão, freqüência espacial (ie, &quot;ocupação&quot; do padrão) e simetria (freqüência espacial e simetria não foram manipulados neste experimento). Além disso, esses displays visuais em conjunto com os sistemas automatizados são capazes de gravar o comportamento de escolha sem recompensa e sem treinamento. O segundo método consiste em comportamento de escolha de gravação em flores artificiais, usando câmeras de alta definição sensível ao movimento. Bumblebees têm etiquetas numéricas colados aos seus thoraces de identificação único. A vantagem desta aplicação sobre RFID é que, além de observar o comportamento de pouso, também pode ser observada medidas alternativas de preferência, como pairando e antenação. Ambos os métodos de automação de aumentar o controle experimental, e validade interna, permitindo que os estudos de maior escala que levam em conta as diferenças individuais. A validade externa também é melhorada, pois as abelhas podem livremente entrar e sair do ambiente de teste, sem restrições, tais como a disponibilidade de um assistente de pesquisa no local. Em comparação com a observação humana em tempo real, os métodos automatizados são mais rentáveis ​​e, possivelmente, menos propenso a erros.

Experimento 1: Os dados RFID Todos os 375 trabalhadores da colônia foram RFID tags, e 318 desses trabalhadores (85%) entraram na gaiola de vôo em algum momento durante o estudo. Um total de 197 (62% das abelhas que deixaram a colônia) visitaram pelo menos um dos quatro estímulos de flores artificiais. Definição de uma escolha A escolha foi definida como um trabalhador de entrar na flor artificial (ver Figura 1). Nós marcado este comportamento como "exploração floral." Essa definição de uma escolha é mais rigoroso do que os usados ​​na literatura, que, dependendo do estudo, utilizam uma combinação de pairar, antenação ou desembarque. Exploração floral é uma definição mais rigorosa de escolha, porque exige que as abelhas não só assistir a um estímulo ao passar, antennating e pouso sobre ele, mas também por explorá-la. Gestão de dados <p class="jove_content" t de rfid tem a capacidade recolher uma quantidade enorme dados em rela outros m esta experi produziu registros. um programa banco como mysql ferramenta indispens para armazenar e igualmente importantes s as consultas sql usados destrinchar respostas perguntas da pesquisa. por exemplo problema defini escolha. os leitores foram configurados gravar presen marca cada ms o que no caso abelhas permaneceram dentro das flores artificiais durante minutos ou mesmo horas pode traduzir-se v milhares grava nossa escolha foi visita durou pelo menos mas nova n seria contado at cadeia atual quebrado min pausa.> Resumo da experiência Bondade de quatro replicados de testes de ajuste foram realizados em todas as escolhas de "sessão ingênua" de abelhas para comparar escolha proportions para um valor teórico de azar 7. Sessão ingênuo de uma abelha refere-se à primeira condição de testes em que a abelha "participou". Os G-testes revelam uma preferência para o posicionamento central (ver Tabela 1) e do tipo de padrão radial. A Figura 4b mostra que o padrão de preferência é invertido quando o padrão concêntrico está posicionada centralmente e o padrão radial está posicionado perifericamente. No entanto, se o posicionamento é mantido constante, como na Figura 4a e d, padrão de preferência é para o padrão radial. A Figura 4 mostra que as proporções relativas das primeiras escolhas para cada padrão para cada combinação foi comparável às proporções indicadas para todas as escolhas. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52033/52033fig4highres.jpg"> Figura 4. Resultados Experimentais RFID. As frequências em tele quatro combinações diferentes da flor no Experimento 1. A barra de gráficos castanhos escuros mostrar todas as opções de sessão ingênua da abelha (eixo-y-lateral esquerdo), ea luz barras marrons indicam a primeira escolha de cada trabalhador (eixo-y-direita ). "Todas as escolhas" padrões comparáveis ​​mostra a "primeira escolha", mas com maior poder estatístico. Os gráficos de barras que mostram o posicionamento de padrões é mais importante do que o tipo de um padrão. Um padrão posicionado centralmente foi preferido, mesmo que o tipo de padrão exibido um padrão concêntrico de outra forma menos preferível. Os asteriscos indicam uma proporção escolha que é significativamente diferente do acaso. Nota. * P &lt;0,05, ** p &lt;0,01, *** p &lt;0,001. Esta figura foi modificada de Orbán et al. 11. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td rowspan="2"> Condições </td><td colspan="3"> Pooled </td><td colspan="3"> Heterogeneidade </td><td></td></tr><tr><td> Gp </td><td> df </td><td> p </td><td> Gh </td><td> df </td><td> p </td><td></td></tr><tr><td> Centro-Radial vs Central-concêntrico </td><td> 3.96 </td><td> 1 </td><td> 0,047 </td><td> 197,55 </td><td> 41 </td><td> 0.000 </td><td></td></tr><tr><td> Peripheral-Radial vs Central-concêntrico </td><td> 33.77 </td><td> 1 </td><td> 0.000 </td><td> 210,81 </td><td> 42 </td><td> 0.000 </td><td></td></tr><tr><td> Centro-Radial vs Peripheral-concêntrico </td><td> 508,31 </td><td> 1 </td><td> 0.000 </td><td> 345,78 </td><td> 30 </td><td> 0.000 </td><td></td></tr><tr><td> Periférico-radial periférica vs-concêntrico </td><td> 7.42 </td><td> 1 </td><td> 0.000 </td><td> 84.06 </td><td> 24 </td><td> 0.000 </td><td></td></tr></tbody></table> Tabela 1. Inferência Estatística de Dados RFID. Experimento 1. Esta tabela foi modificada a partir de Orbán et al. (2013) 11. G p refere-se ao desvio significativo de uma parte do grupo do acaso, e G h refere-se aos testes de diferenças individuais ( ou seja, a heterogeneidade). Por favor, consulte o manuscrito para mais detalhes sobre os testes estatísticos. Experimento 2: Dados de Vídeo Um total de 264 escolhas foram registrados nos quatro condições ao longo de três sessões de testes. A Tabela 2 mostra o número de trabalhadores e escolhas contribuíram de cada colônia. Definição de uma escolha Os dados de vídeo permite a gravação de três tipos de comportamento de escolha: pairar, antenação e desembarque. Embora todos os três tipos de comportamentos podem ser observados, pairando e antenação são difficult associar com um número de etiqueta devido a movimentos rápidos que câmaras de vídeo com baixa resolução, ou baixa velocidade não pode gravar. É fundamental usar uma câmara de vídeo de alta definição (embora este não estava disponível para nós, o ideal é uma câmara de vídeo de alta taxa de quadro devem ser usados ​​para minimizar o desfoque) para garantir números das etiquetas que podem aparecer apenas em um pequeno número de quadros pode ser lido . Este método também foi utilizado para comparar padrões de escolha com a técnica de RFID, o qual detecta a exploração floral. Considerações de sensibilidade de movimento Uma das questões-chave na produção de uma experiência bem sucedida é a configuração das câmaras sensíveis ao movimento. Uma câmara de vídeo que é muito sensível irá gravar muitos dados que é impraticável e pode tornar-se muito caro para processar. Por exemplo, inicialmente nossa câmera foi desencadeada por vibrações regulares do edifício (por exemplo, as pessoas que passam no corredor, ar condicionado, etc.), o que resultou no 1R11; 2 pontos de dados válidos para cada 150-200 videoclipes gravados. Por outro lado, um erro ainda mais grave é uma configuração de sensibilidade baixa, o que pode perder dados de chave. É crucial para configurar todas as câmeras de vídeo da mesma forma, caso contrário, os erros de amostragem podem distorcer os resultados. Resumo da experiência Quatro bondade replicados de testes de ajuste encontrados três proporções de grupo que desviou significativamente de azar, e uma proporção global não significativo (ver Tabela 3 e Figura 5). (1) Padrão é importante: uma preferência significativa para a radial central sobre o padrão centro-concêntrica foi encontrado (ver Tabela 3). (2) Posição do padrão radial é menos importante: a apresentação da combinação centro-radial e radial periférica não mostrou nenhuma diferença significativa do acaso. (3) A-radial central e periférico combinação-concêntrica resultou numa forte preferência em direçãoé o padrão centro-radial. A combinação centro-concêntrica e periférica radial provocada preferência significativa para o padrão periférico-radial. Padrão superou localização. As diferenças individuais eram não-significativa em todas as quatro combinações (ver Tabela 3). <img alt="A Figura 5" src="/files/ftp_upload/52033/52033fig5highres.jpg"> . Figura 5. Resultados de vídeo sensível ao movimento freqüências escolha em quatro combinações diferentes da flor no Experimento 2. Os resultados mostram a importância do tipo de padrão ao longo do padrão de posicionamento: padrões radiais foram preferidos, mesmo que os padrões foram posicionados perifericamente. Os valores indicam o número de escolhas do padrão exibido. Os asteriscos indicam uma proporção escolha que é significativamente diferente do acaso. Nota. ** P &lt;0,01, *** p &lt;0,001. Esta figura foi modificada de Orbán 11. <table border='"0"' cellpadding='"0"' cellspacing='"0"&gt;'><tr><td rowspan="2"> Condições </td><td> Sessão 1 </td><td colspan="2"> Sessão 2 </td><td colspan="2"> Sessão 3 </td></tr><tr><td> Colônia 1 </td><td> Colônia 2 </td><td> Colônia 3 </td><td> Colônia 4 </td><td> Colony 5 </td></tr><tr><td> Número de Trabalhadores </td><td> 45 </td><td> 7 </td><td> 2 </td><td> 8 </td><td> 23 </td></tr><tr><td> Nº de escolhas </td><td> 151 </td><td> 25 </td><td> 2 </td><td> 20 </td><td> 65 </td></tr></table> Tabela 2. Estatística descritiva de dados de vídeo Motion-Sensitive. Número total de escolhas registrados para as flores artificiais no Experimento 2 para cada colônia, eo número de trabalhadores que fazem essas escolhas. Este quadro foi modificado a partir Orbán et al. 11. Por favor, consulte o manuscritopara maiores detalhes. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td rowspan="2"> Condições </td><td colspan="3"> Agrupada </td><td colspan="3"> Heterogeneidade </td></tr><tr><td> Gp </td><td> df </td><td> p </td><td> Gh </td><td> df </td><td> p </td></tr><tr><td> Centro-Radial vs Central-concêntrico </td><td> 17.98 </td><td> 1 </td><td> 0.000 </td><td> 40.72 </td><td> 29 </td><td> 0,073 </td></tr><tr><td> Centro-Radial vs periférica Radial </td><td> 1.85 </td><td> 1 </td><td> 0,173 </td><td> 53.63 </td><td> 39 </td><td> 0.060 </td></tr><tr><td> Periférica Radial vs Central concêntrico </td><td> 6.57 </td><td> 1 </td><td> 0,010 </td><td> 26.31 </td><td> 27 </td><td> 0.500 </td></tr><tr><td> Central Radial vs periférica concêntrico </td><td> 18.18 </td><td> 1 </td><td> 0.000 </td><td> 41.92 </td><td> 37 </td><td>0,256 </td></tr></tbody></table> Dados de Vídeo Tabela 3. Inferência Estatística Motion-Sensitive. Experimento 2. Este quadro foi modificado a partir Orbán et al. 11. G p refere-se ao desvio significativo de uma parte do grupo do acaso, e G h refere-se aos testes de diferenças individuais ( ou seja, a heterogeneidade). Por favor, consulte o manuscrito para mais detalhes sobre os testes estatísticos.

Este vídeo descreve a identificação por radiofrequência (RFID) e os métodos de gravação de vídeo sensíveis ao movimento para monitorar o comportamento de escolha das abelhas.

Radio Frequency Identification and Video Motion-sensível eficiente Automatizar Gravação de unrewarded escolha Comportamento por Zangões

We present two methods for observing bumblebee choice behavior in an enclosed testing space. The first method consists of Radio Frequency Identification ...

Os objetivos gerais desses procedimentos são automatizar a observação do comportamento de escolha das abelhas em flores artificiais. Isso é feito colando primeiro uma etiqueta de identificação em todas as abelhas dentro de uma colônia com etiquetas de plástico ou etiquetas RFID, dependendo do protocolo. O segundo passo é configurar filmadoras sensíveis ao movimento ou os leitores RFID no espaço de teste.Em seguida, as flores artificiais ocupam um lugar no espaço de teste. A etapa final é dar às colônias B acesso ao espaço de teste. Em última análise, um grande banco de dados de registros é gerado consistindo na hora e no local de cada visita floral.A principal vantagem dessas técnicas sobre outros métodos, como registrar observações manualmente em tempo real, é que essas técnicas nos permitem estudar o comportamento de abelhas que nunca experimentaram recompensas em flores. As abelhas levam tempo para descobrir flores, às vezes até dias. Nossos métodos nos permitem capturar esses eventos muito raros.Podemos registrar as atividades de uma colônia inteira de abelhas continuamente durante um longo período de tempo e com alta precisão. Isso pode nos ajudar a responder a perguntas-chave no comportamento dos insetos sobre as origens das diferenças individuais. O ambiente de teste para este protocolo deve ser uma sala isolada ou uma gaiola de vôo de tela de metal de dois metros cúbicos na gaiola de vôo.Um pequeno orifício, com o diâmetro de um níquel ou cerca de dois centímetros, serve como ponto de entrada e saída para as abelhas. Abelha. As colônias são conectadas ao espaço de teste usando um conduíte largo o suficiente para permitir que várias abelhas circulem simultaneamente. Os conduítes de tubo de tela são ideais porque fornecem boa tração durante esses experimentos.As abelhas se movem livremente entre a gaiola de vôo e a caixa da colônia por meio desses conduítes dentro do espaço de teste são dois suportes para colocação de flores artificiais. São suportes de madeira de 1,2 metros de altura colocados no centro do espaço ou fixados na parede. A parte superior do suporte possui um mecanismo que serve para segurar as flores.Ao longo do experimento, as localizações dos suportes são movidas periodicamente para evitar que artefatos de efeito de posição sejam introduzidos. Durante os experimentos RFID, uma cabeça 2K seis é instalada em cima de uma flor artificial projetada sob medida para experimentos de etiquetas coloridas. As filmadoras sensíveis ao movimento são colocadas a dois metros das flores artificiais.O espaço de ensaio é iluminado por luzes fluorescentes que geram um mínimo de 1 200 lux de intensidade, uma vez que as abelhas podem detectar a cintilação de luzes fluorescentes normais, devem ser utilizados balastros de alta frequência especializados com cintilação superior a 200 hertz durante a experiência. Os trabalhadores são marcados no tórax com etiquetas RFID, elegem os trabalhadores em recipientes individuais quando eles emergem de seus casulos e, enquanto ainda estão em seu estágio de inatividade e incapazes de voar, chamá-los por cerca de uma hora em uma geladeira ajustada para sete graus Celsius. Isso minimizará a chance de ser picado durante a marcação.Depois de resfriado, aplique uma etiqueta RFID exclusiva a cada trabalhador usando cola não tóxica. Deixe a cola secar por pelo menos 10 minutos antes de reintroduzir a operária na colônia. Todos os trabalhadores que evitam a marcação ou perderam seu RFID devem ser removidos.Quando as construções de flores artificiais experimentais podem ser feitas por uma oficina mecânica, elas são forradas com argila colorida. Uma flor artificial azul lisa é o modelo básico ao qual diferentes recursos visuais são adicionados. Uma característica visual é um design usando um forro fino de argila amarela.A ranhura na parte cilíndrica da flor artificial se encaixa facilmente no leitor RFID. O design do estímulo da flor é crucial. O espaço interno deve ser grande o suficiente para que todas as peças do zangão possam entrar, mas pequeno o suficiente para que a etiqueta na abelha fique a três a quatro milímetros do leitor.Além disso, a flor artificial deve ser projetada para exibir propriedades visuais de forma que não haja interrupção entre o cilindro e as porções do guaxinim. Uma alternativa às etiquetas RFID são as etiquetas numéricas coloridas. Essas etiquetas também são aplicadas às abelhas operárias logo após emergirem de seus casulos.Uma vantagem sobre as etiquetas RFID é que elas são mais difíceis de serem desalojadas pelas abelhas. Assim como na etiquetagem RFID, remova todos os trabalhadores da colônia e ligue para eles antes da marcação. Posterior. Uma vez que o experimento tenha começado e o comportamento da abelha esteja sendo registrado, novas operárias surgirão e precisarão ser marcadas.Normalmente, sete a 10 novas operárias surgem a cada dois ou três dias para registrar dados de abelhas marcadas com cores. As câmeras de vídeo sensíveis ao movimento devem ser apontadas para cada flor de fora do ambiente de teste. Podem ser câmeras de protocolo de internet com pelo menos um megapixel de resolução e modificação de luz.Substitua a lente padrão por uma lente muito focal de 1,8 milímetro para fornecer melhor foco e capacidade de ampliar a flor. Foque outra câmera para capturar a área em frente às duas flores. Esta câmera está posicionada cerca de meio metro acima das flores.Ele captura os comportamentos que ocorrem antes do pouso, que incluem pairar de aproximação e até entoar. Uma colônia de 375 trabalhadores foi marcada com RFIDs. 85% entraram na gaiola de vôo durante o estudo, e 62% dessas abelhas também exploraram um dos quatro estímulos florais.Isso foi pontuado como pairando sobre o pouso e exploração de Intonating. O experimento produziu cerca de 300.000 eventos registrados, todos armazenados em um banco de dados mundial de camundongos. Houve uma preferência por um padrão radial em vez de um padrão concêntrico.O padrão radial se inverteu, no entanto, quando o padrão concêntrico foi posicionado no centro da flor e o padrão radial foi periférico. Em um segundo experimento, as abelhas foram marcadas com números coloridos e filmadas com filmadoras sensíveis ao movimento. Neste experimento, houve uma preferência por flores de padrão radial posicionadas centralmente em vez de padrão concêntrico posicionado centralmente. Flor.A posição de um padrão na flor não fez diferença. Esses procedimentos nos permitem testar empiricamente previsões teóricas oferecidas por modelagem computacional e inteligência artificial sobre as características do processamento de informações visuais por cérebros pequenos. Por exemplo, redes neurais não supervisionadas foram usadas para gerar previsões sobre preferências de simetria, que testamos usando nossos métodos automatizados.O comportamento das abelhas deixando sua colônia pela primeira vez é uma área de estudo negligenciada, e alguns dos obstáculos à pesquisa têm sido metodológicos. As técnicas que descrevemos neste vídeo são particularmente adequadas para estudar o comportamento das abelhas que estão deixando sua colônia e procurando comida pela primeira vez. RFID. Tags e gravações de vídeo sensíveis ao movimento estão sendo usadas atualmente por psicólogos e biólogos para estudar novas questões que até recentemente estavam fora de alcance.

radio-frequency-identification-motion-sensitive-video-efficiently

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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Radio Frequency Identification and Video Motion-sensível eficiente Automatizar Gravação de unrewarded escolha Comportamento por Zangões (Vídeo) | JoVE Journal

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