Summary
Fagot & Paleressompoulle 1 har offentliggjort en automatiseret læring enhed (ALDM) tager sigte på at afprøve de enkelte kognitive evner i semi-fritgående aber. Det vigtigste mål for vores protokol er at bruge et netværk af ALDM test enheder til at studere den sociale kognition i ikke-menneskelige primater.
Abstract
Fagot & Paleressompoulle 1 og Fagot & Bonte 2 har offentliggjort en automatiseret læring enhed (ALDM) for studiet af kognitive evner af aber holdes i semi-fritgående betingelser. Data akkumuleret i løbet af de sidste fem år har konsekvent demonstreret effektiviteten af denne protokol til at undersøge individuel / fysisk erkendelse hos aber, og har endvidere vist, at denne procedure reducerer stress niveau i dyreforsøg 3. Dette papir viser, at netværk af ALDM også kan bruges til at undersøge forskellige facetter af social kognition og in-gruppe udtrykte adfærd i aber, og beskriver tre illustrative protokoller udviklet til dette formål. Den første undersøgelse viser, hvordan etologiske vurderinger af social adfærd og edb vurderinger af kognitiv præstation kan integreres til at undersøge virkningerne af socialt udstillet stemninger på den kognitive præstationer individer. Den anden study viser, at batterier af ALDM kører parallelt kan give unik information om indflydelsen af tilstedeværelsen af andre på opgaveløsningen. Den sidste undersøgelse viser, at netværk af ALDM test enheder også kan bruges til at studere emner relateret til social transmission og kulturel evolution. Kombineret sammen, disse tre undersøgelser viser tydeligt, at ALDM test er en yderst lovende eksperimentel værktøj til at bygge bro i dyret litteratur mellem forskning på individuel kognition og forskning i social kognition.
Introduction
Eksperimentelle laboratorieundersøgelser af primat kognition har næsten systematisk begunstiget testen af isolerede dyr 4, afhængigt af problemet løses. Dette klassiske laboratorie procedure har vist sin effektivitet, og de fleste af vores viden om emner som perception, hukommelse, ræsonnement og abstrakt konceptualisering kommer fra test af isolerede individer. Afprøvning isolerede individer formidler mange praktiske fordele; denne fremgangsmåde letter komplekse eksperimentelle designs kombineret med meget strenge målinger (f.eks msek timing) af den adfærd, der ville være ellers utilgængelige. Men denne procedure også har sine begrænsninger, når det kommer til studiet af sociale påvirkninger på kognition i særdeleshed. Forskere er ofte tvunget til at forlade den sofistikerede laboratoriemiljø til fordel for store kabinetter eller vilde sammenhænge, når deres undersøgelse involverer sociale interaktioner mellem individer. Dette valg har en pris, som det er much vanskeligere at kontrollere de eksperimentelle faktorer og måle deres virkning med det samme niveau af præcision uden for laboratoriet. Forstå, hvordan reel social interaktioner påvirker kognition er et af de vanskeligste videnskabelige udfordringer i både mennesker og ikke-menneskelige primater.
Nærværende artikel præsenterer en ny forsøgsprotokol til formål at lindre denne generelle vanskeligheder med at undersøge den sociale kognition i laboratorie baserede ikke-menneskelige primater. Fagot & Paleressompoulle 1 og Fagot & Bonte 2 har for nylig offentliggjort en automatiseret læring enhed (ALDM) til vurdering af kognitive evner af aber rejst i semi-frie betingelser. Denne metode kombinerer operant conditioning teknikker traditionelt anvendes i laboratorier med en Radio Frequency Identification (RFID) teknologi. I praksis aber lever i deres sociale gruppe har en fri adgang fra deres udendørs kabinet til flere ALDM test enheder. ADLMs der bestt af åbne testsystemer indeholder alt det nødvendige udstyr traditionelt findes i laboratorier, især en touch screen til at vise stimulus og registrere svaret og en fødevare dispenser til at levere belønningen. En RFID mikrochip læser indfanger den numeriske identitet deltageren, når den kommer ind i et ALDM test enhed, og testprogrammet bruger disse oplysninger til at præsentere det forskningsprogram tildelt netop dette emne.
Beviser akkumuleret i løbet af de seneste 5 år har klart vist, at (1) ALDM test øger motivationen af deltagerne 1,2 og (2) begunstiger kompleks læring 5,6. ALDM test virker også gavnligt i forhold til dyrevelfærd, og reducerer stress-niveau for deltageren 3, se også 7. Proceduren ALDM test inspireret udviklingen af test udstyr af flere forskergrupper arbejder med crested (Macaca nigra) og rhesus (Macaca mulatta) makakaber
Protocol
Etik erklæring: Denne forskning blev udført i overensstemmelse med franske standarder og modtaget godkendelse fra det nationale franske etiske komité, de "Comité d'Ethique CE-14 pour l'Eksperimenter Animale". Procedurer var også i overensstemmelse med retningslinjerne i foreningen for Studiet af Animal Behaviour.
1. ALDM Test Enhed Set-up
BEMÆRK: Opsætning af ALDM test enheder pr Fagot & Paleressompoulle 1.
- Opret test kamre dimension (0,7 x 0,7 x 0,8 m 3), som beskrevet i 1.. Sørg for, at hver test kammer har 2 laterale transparente sidevægge. Udstyre hvert testkammer med en skydedør, der kan være åben eller lukket på bagsiden (se figur 1). Åbn bagdøren af ALDM enheden til at give adgang til testsystemet fra kabinettet.
- Monter frontpanelet af testen kammer med en (7,3 x 7 cm 2
- Installer en antenne tilsluttet en mikrochip læser omkring hver hånd port som beskrevet i 1.. Antennen vil fange RFID identitet af emnet.
- Installer en 19 i kapacitiv touch screen foran hver test kammer. Den touchscreen tjener til at præsentere de stimuli og registrere respons relaterede variabler (nøjagtighed og respons tid). Adskil visningsportene 25 cm fra skærmen.
- Tilslut en pc til hver test enhed, der vil tjene til at køre testen program.
BEMÆRK: På hvert forsøg, testprogrammet bestemmer testen regime af de emner (f.eks ejendom af displayet, stimulus varighed, etc.) og knytter de adfærdsmæssige foranstaltninger (f.eks responstid, nøjagtighed) til aben identificeret af RFID teknologi. - Tilslut en fødevare dispenser til pc'en compu is via en parallel port, som beskrevet i 1.. Denne dispenser leverer korn af tør hvede inde i ALDM monkey område.
- Indsprøjte en RFID mikrochip i underarmen af hver enkelt i gruppen, som beskrevet i 1..
BEMÆRK: Denne procedure skal udføres i henhold til de dyrlæge praksis.
Figur 1: Billede (A) og skematisk (B) af en ALDM enhed. Hver test enhed har fem vigtigste elementer. (A) touchscreen; (B) handport; (C) viewport; (D) fødevarer dispenser levere fødevarer inde i buret efter en korrekt reaktion; (E) computer; (F) dør giver adgang fra kabinettet.fig1highres.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
2. ALDM Network Set-up
- Installer 10 ALDM enheder indenfor to 8 x 4 m 2 trailere, med 5 ALDM enheder i hver trailer, som beskrevet i 1.. Forbinde hver ALDM testenheden til en unik kontrollerende server tilgængelige via en IP-adresse (se figur 2). Sørg for, at ALDM enhed kan både download og upload information fra / til serveren.
- Skriv en computer testprogram, der henter tekstfiler fra serveren, når en abe er identificeret ved et ALDM test enhed som per 1.. I tekstfilen, giver indikationer om den aktuelle eksperimentelle status (antal forsøg, der allerede udføres i uddannelse eller afprøvning fase) af aben bruger enheden. Skriv testprogrammet, så det kan bruge disse oplysninger til at præsentere den uddannelse eller test forsøg foruddefineret af den eksperimentelle procedure.
- Sæt testen program inline script således at den uploader og henter data fra serveren. Sørg for, at ALDM enheden synkroniserer ALDM uret to gange om dagen.
BEMÆRK: Med denne procedure, kan de 10 ALDM enheder giver indikationer på hvilken abe bruger hvilken enhed, og hvornår, og derfor give oplysninger om de sociale dynamikker i brugen af testsystemer. - Skriv testprogrammet sådan, at før hvert forsøg, uploader testprogrammet oplysninger fra serveren om den aktuelle eksperimentelle status abe. Når forsøget er afsluttet, vil ALDM enhed opdatere fagets tekstfil på serveren.
BEMÆRK: Centralisering af fagets relaterede parametre på de kontrollerende server garanterer, at deltagerne vil blive testet i den foruddefinerede test rækkefølge, uafhængigt af ALDM test enheder den beslutter at bruge. - Gemme følgende data som en tekstfil efter hvert forsøg: Dato, Day tid (TT: MM: SS-format), Navn på den aktuelle test-program, Monkey navn, nummer røvigned til ALDM test enhed (f.eks 1), Test niveau (fx uddannelse), Score (1 = korrekt adfærdsmæssige reaktion; 2 = forkert svar) Reaktionstid med ms præcision.
Figur 2:.. Skematisk repræsentation af ALDM nettet Hver ALDM enhed modtager og giver oplysninger fra / til en unik kontrollerende server Klik her for at se en større version af dette tal.
3. Illustration af Anvendelse af ALDM Netværk for Studiet af social kognition
BEMÆRK: ALDM Protokollen har den unikke fordel at have aber, der kan interagere frit med computere, mens de holdes i deres sociale gruppe. Nedenfor præsenteres 3 protokoller illustrerer the brug af et netværk af ALDM test enheder til at indsamle uden fortilfælde oplysninger om bavianer (Papio papio) social kognition.
- Edb ALDM test kombinerer adfærdsmæssige (etologiske) observationer:
BEMÆRK: Det vigtigste mål med denne forskning er at vurdere virkningerne af valens (positiv vs. negativ) af affektive tilstande på dyrenes kognitive ydeevne under edb ALDM test. Proceduren er skitseret i figur 3 og fuldstændige oplysninger om denne forskning blev offentliggjort i Marzouki et al. 10- Installer en visuel søgning opgave består af udvælgelsen af et mål visuel stimulus blandt flere distraktorer på hver computer.
- I løbet af otte dage, observere og registrere manuelt som adfærd hver enkelt udstiller i kabinettet, og når, med en timer synkroniseret til den kontrollerende server.
- Gruppe den adfærd udstillet i kabinettet i tre klynger, der svarer tilfølelsesmæssigt positive sociale begivenheder (f.eks grooming), de følelsesmæssigt negative sociale arrangementer (fx trusler) og de følelsesmæssigt nonsocial (neutrale) hændelser (f.eks objekt manipulation).
- Analyser svartiderne for visuel søgning opgave opnået inden for en 3 min tidsvindue efter en adfærdsmæssig observation i indelukket. Synkroniser de adfærdsmæssige observationer og computerdata og analysere (se figur 3).
Figur 3:. Skematisk illustration af afsnit 3.1 De spontane adfærd udtrykt i kabinettet registreres sideløbende med kognitiv præstation på ALDM tests.
- Vurdering af sociale påvirkninger under ALDM test:
BEMÆRK: Denne protokol har til formål at studere publikum effekter på indspillet kognitiv præstation during edb ALDM testning. Alle detaljer om denne forskning blev offentliggjort i Huguet et al. 11- På hver ALDM testenheden, installere en opgave, hvor en cirkel er efterfulgt af et svar på den højre side af skærmen, eller på venstre side, når et parallelogram præsenteres.
- Lad aben til at bruge de 10 ALDM testsystemer, som de ønsker. Adskillige aber kan derfor benytte tilstødende testsystemer. Optag hvilke individuelle anvendelser, som systemet.
BEMÆRK: De bavianer kan se deres artsfæller (når de findes) ved hjælp af de andre test opsætninger af traileren, takket være de transparente sidevægge hver enhed. - Sørg for, at testprogrammet registrerer udførelsen af enkelte, såvel som den sociale kontekst af forsøget (dvs. hvis samtidig bruges de andre ALDM test enheder, og af hvem).
- Analyser variationer i respons tid, afhængigt af social kontekst.
- Kulturel evolution vurderet via edb transfer af oplysninger fra enkeltpersoner til enkeltpersoner:
BEMÆRK: Denne protokol blev udviklet til at studere udviklingen af oplysninger, der overføres gennem en kæde af deltagere. Proceduren er skitseret i figur 4 og fuldstændige oplysninger om denne forskning blev offentliggjort i Claidière et al. 12- Træne deltagernes evne til at løse en simpel hukommelse opgave, hvor de først se fire tilfældigt udvalgte røde firkanter på en fire af fire gitter af ellers hvide. Efter 400 ms ændre alle de røde firkanter til hvid, og bede deltageren at røre firkanter, der tidligere var røde.
- Når træningen er afsluttet, så brug adfærdsmæssig reaktion af en deltager (kvadraterne rørt) for at fremstille de stimuli for næste person i kæden (se figur 4). Bortset fra den første person i kæden, for hvilke gitrene er tilfældigt genereret af computeren.
- Analyser succes på opgaven med at antallet af Transmé begivenheder.
Figur 4:. Skematisk illustration af afsnit 3.3 Den første bavian (Generation 1) skulle udfylde et sæt af 50 forsøg genereret af computeren. De motoriske reaktioner af denne bavian blev derefter brugt til at skabe stimuli for anden bavian (Generation 2) i transmission kæden. Denne procedure blev gentaget indtil den sidste bavian i kæden blev testet. Klik her for at se en større version af dette tal.
Representative Results
Som vist i figur 5, svartiderne følgende negativt valenced adfærd, såsom trusler, var signifikant langsommere end de følgende neutrale (f.eks objekt manipulation), og positivt valenced sociale adfærd, såsom grooming. Denne undersøgelse viser, at sociale stemninger påvirker ydeevne under kognitive test. Interesserede læsere kan finde mere detaljeret information om denne undersøgelse i Marzouki et al. 10 I figur 6, i forhold til isolation, tilstedeværelsen af andre reducerede svartider (svartiden falder med antallet af individer til stede i traileren), hvilket indikerer en social lettelse effekt af godt lærte reaktioner. Mere detaljeret om denne forskning kan findes i Huguet et al. 11 Figur 7 viser en stigning i ydeevne under transmission forsøg (blå firkanter), men ikke i en kontrol (random) tilstand (gule cirkler). Mor e detaljerede oplysninger om denne forskning kan findes i Claidière et al. 12
Figur 5:. Illustrative resultater fra afsnit 3.1 Mean svartider (ms) i visuel søgning opgaven umiddelbart efter sociale positive, negative eller neutrale begivenheder. Fejlsøjler repræsenterer standardafvigelsen (SD).
Figur 6: Illustrative resultater fra afsnit 3.2 Social tilstedeværelse effekt på hastigheden af godt lærte reaktioner.. Denne figur viser de gennemsnitlige svartider (ms) afhængigt af antallet af artsfæller til stede under hvert forsøg i de tilstødende ALDM test enheder. Fejlsøjler repræsenterer standardafvigelse (SE).
Figur 7:. Illustrative resultater fra afsnit 3.3 Succesen med bavianer (gennemsnitligt antal belønninger for 50 forsøg) steg med antallet af transmissions- begivenheder (generation) under transmission forsøg (blå firkanter), men ikke under tilfældige kontrol forsøg (gule cirkler). Fejlsøjler repræsenterer SE.
Discussion
Primatologer har altid givet udtryk for en stærk interesse i sociale og ikke-sociale aspekter af kognition. Men integrationen af disse to niveauer af forståelse har været vanskeligt. Social test er undertiden udføres i laboratorier, men på en meget begrænset antal emner 13. Et netværk af ALDM enheder tilbyder 4 vigtigste fordele i den forbindelse: (1) ALDM test bruger meget avancerede (edb) protokoller og millisekund præcision målinger af kognitive processer; (2) ALDM test opnås inden den naturlige sociale kontekst af de undersøgte dyr; (3) ALDM test kan foreslås at store grupper, som sker i vores studier; (4) ALDM test drager fordel af spontane forekomst af sociale interaktioner, og ikke begrænser de personer til bestemte sociale situationer.
ALDM netværk åbner derfor muligheder for integrativ og multidimensionelle analyser af kognition kombinerer sociale og ikke-sociale faktors.
Dette papir illustrerer dette integrativ tilgang ved hjælp af tre protokoller, men der findes mange andre muligheder ved siden af disse vigtige illustrationer. For eksempel, foreløbig (upubliceret) beviser indsamlet i vores laboratorium viser, at aberne bruger tilstødende test enheder har også de stærkeste affiliative obligationer inden for deres sociale gruppe. Hvis det bekræftes, denne virkning, så automatik af ALDM test vil tillade indsamling af store mængder af oplysninger om sociale dynamik, der kan lette langsgående sociometric studier (fx baseret på foranstaltninger af social distance) i ikke-menneskelige primater.
Begrænsningerne i ALDM test forbliver ukendt på nuværende tidspunkt. For eksempel er det stadig ukendt i hvilket omfang aktivitetsniveauet af emnerne kan påvirkes af den sociale struktur (f.eks kønsfordeling) i gruppen. Ikke desto mindre, ALDM test virker meget lovende værktøj til at bygge bro over den tilsyneladende kløft mellem studier påindividuelle kognition og dem mere fokuserede på social kognition. Dens anvendelse giver mulighed for at identificere de sociale faktorer, der kan påvirke individuelle kognition, og mere præcist måler deres virkninger. Desuden har vores tidligere forskning vist, at ALDM test også fremmer dyrevelfærd: De er former for adfærdsmæssige berigelser, der reducerer stressniveauet (udledes cortisol niveau, og antallet af unormale stereotypier) 3. Derfor ALDM test virker yderst gavnlig for både forskere og dyr, og bør i højere grad anvendes i fremtiden i laboratorier og zoologiske haver.
Acknowledgments
Denne forskning blev støttet af "Federation de Recherche 3C", Aix-Marseille Universitet og EU Euprim-Net-II-projektet (# RII3-026155). Dette arbejde blev støttet af en offentlig tilskud overvåget af den franske National Research Agency (ANR) som en del af de programmer LICORNES (ANR-12-CULT-0002) og ASCE (ANR-13-PDOC-0004). Personalet i Rousset-sur-Arc CNRS primat station er anerkendt til teknisk support.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Touch screen | model ET1939L from Elotouch; Berwyn, IL | ||
| RFID microchip reader | model Petscan RT100 Version 5, Real Trace; Villebon sur Yvette, France | ||
| Eprime software | Professional, V 2.0, Psychology Software Tools, Pittsburg, PA | ||
| PC computer connected to a network | HP-Pavillon, programmed in our laboratory | ||
| Food dispenser | Home made in our laboratory |
References
- Fagot, J., Paleressompoulle, D. Automatic testing of cognitive performance in baboons maintained in social groups. Behav Res Methods. 41 (2), 396-404 (2009).
- Fagot, J., Bonté, E. Automated testing of cognitive performance in monkeys: Use of a battery of computerized test systems by a troop of semi-free ranging baboons. Behav Res Methods. 42 (2), 507-516 (2010).
- Fagot, J., Gullstrand, J., Kemp, C., Defilles, C., Mekaouche, M. Effects of freely accessible computerized test systems on the spontaneous behaviors and stress level of Guinea baboons (Papio papio). Am J Primatol. 76 (1), 10-1002 (2014).
- Dréa, C. M. Studying primate learning in group contexts: Tests of social foraging, response to novelty, and cooperative problem solving. Methods. 38 (3), 162-177 (2006).
- Grainger, J., Dufau, S., Montant, M., Ziegler, J. C., Fagot, J. Orthographic processing in baboons. Science. 336 (6078), 245-248 (2012).
- Fagot, J., Thompson, R. K. R. Generalized Relational Matching by Guinea Baboons (Papio papio) in two by two-item analogy problems. Psychol Sci. 22 (10), 1304-1309 (2011).
- Whitehouse, J., Micheletta, J., Powell, L. E., Bordier, C., Waller, B. M. The Impact of Cognitive Testing on the Welfare of Group Housed Primates. PLoS ONE. 8 (11), e78308 (2013).
- Gazes, P. R., Brown, E. K., Basile, B. M., Hampton, R. R. Automated cognitive testing of monkeys in social groups yields results comparable to individual laboratory-based testing. Anim Cogn. 16 (3), 445-458 (2012).
- Huber, L., Heise, N., Zenan, C., Palmers, C. The ALDB box: Automatic testing of cognitive performance in groups of aviary-housed pigeons. Behav Res Methods. Apr 16 [Epub ahead of print]. , (2014).
- Marzouki, Y. B., Gullstrrand, J., Goujon, A., Fagot, J. Baboons’ response speed is biased by their moods. PLoS One. 9 (7), e102562 (2014).
- Huguet, P., Barbet, I., Belletier, C., Monteil, J. M., Fagot, J. Cognitive control under social influence in baboons. Journal of Experimental Psychology : General. , (2014).
- Claidiére, N., Smith, K., Kirby, S., Fagot, J. Cultural evolution of systematically structured behaviour in a non-human primate. Proc R Soc Lond B. 281 (1797), (2014).
- Subiaul, F., Cantlon, J. F., Holloway, R. L., Terrace, H. S. Cognitive imitation in Rhesus macaques. Science. 305 (5682), 407-410 (2004).
