Summary
Bög & Paleressompoulle 1 har publicerat en automatiserad inlärningsanordning (ALDM) syftar till att kontrollera enskilda kognitiva förmågor i halvfria sträcker apor. Huvudsyftet med våra protokoll är att använda ett nätverk av ALDM testenheter för att studera social kognition i icke-mänskliga primater.
Abstract
Fagot & Paleressompoulle 1 och Fagot & Bonte 2 har publicerat en automatiserad inlärningsanordning (ALDM) för studier av kognitiva förmågan hos apor som upprätthålls i halvfria sträcker betingelser. Data ackumulerats under de senaste fem åren har konsekvent visat effektiviteten av detta protokoll för att undersöka enskilda / fysisk kognition hos apor, och har dessutom visat att detta förfarande minskar stressnivån under djurförsök 3. Detta dokument visar att nätverk av ALDM också kan användas för att undersöka olika aspekter av social kognition och i-gruppen uttryckte beteenden hos apor, och beskriver tre belysande protokoll som utvecklats för detta ändamål. Den första studien visar hur etologiska bedömningar av socialt beteende och datoriserade bedömningar av kognitiv förmåga kan integreras för att undersöka effekterna av socialt uppvisade stämningar på den kognitiva prestanda individer. Den andra study visar att batterier ALDM löper parallellt kan ge unik information om påverkan av andras närvaro på uppgiften prestanda. Slutligen visar den senaste studien som nätverk av ALDM testenheter också kan användas för att studera frågor som rör social överföring och kulturell utveckling. Kombineras dessa tre studier visar tydligt att ALDM testning är en mycket lovande experimentell verktyg för att överbrygga klyftan i djurlitteraturen mellan forskning om individuell kognition och forskning om social kognition.
Introduction
Experimentella laboratorieundersökningar av primat kognition har nästan systematiskt gynnat testet av isolerade djur 4, beroende på frågeställning. Denna klassiska laboratorieförfarande har visat sin effektivitet, och de flesta av våra kunskaper om frågor som perception, minne, resonemang och abstrakta begrepps kommer från test av isolerade individer. Testa enskilda individer förmedlar många praktiska fördelar; denna metod underlättar komplexa experimentell design i kombination med mycket strikta mätningar (t.ex. ms tids) av beteendet som skulle vara annars otillgängliga. Emellertid har detta förfarande även sina gränser, när det gäller studiet av sociala influenser på kognition i synnerhet. Forskarna tvingas ofta att lämna den sofistikerade laboratoriemiljö till förmån för stora bilagor eller vilda sammanhang när deras studie omfattar sociala interaktioner mellan individer. Detta val har en kostnad eftersom det är much svårare att kontrollera de experimentella faktorer och att mäta deras effekter med samma grad av precision utanför laboratoriet. Att förstå hur verkliga sociala interaktioner påverkar kognition är en av de svåraste vetenskapliga utmaningar på både människor och icke-humana primater.
Föreliggande papper presenterar en ny experimentell protokoll som syftar till att lindra denna allmänna svårigheter att undersöka social kognition i laboratoriebaserade icke-humana primater. Bög & Paleressompoulle 1 och Fagot & Bonte 2 har nyligen publicerat en automatiserad inlärningsanordning (ALDM) för bedömning av kognitiva förmågor av apor upp i halvfria förhållanden. Denna metod kombinerar operant betingning tekniker som traditionellt används i laboratorier med en Radio Frequency Identification (RFID). I praktiken, apor som lever i sin samhällsgrupp har en fri tillgång från deras utomhus kapsling flera ALDM testenheter. ADLMs däriblt öppna testsystem som innehåller all nödvändig utrustning som traditionellt finns i laboratorier, i synnerhet en pekskärm för att visa den stimulans och registrera svaret och en foderautomat att leverera belöningen. En RFID-chipläsare fångar numeriska identitet deltagaren när den kommer in en ALDM testenheten, och testprogrammet använder denna information för att presentera forskningsprogrammet tilldelats detta särskilt ämne.
Bevis som ackumulerats under de senaste fem åren har tydligt visat att (1) ALDM testning ökar motivationen hos deltagarna 1,2 och (2) gynnar komplex inlärning 5,6. ALDM tester verkar också fördelaktigt när det gäller djurskydd, och minskar stressnivån hos deltagarna 3, se även 7. Förfarandet ALDM testning inspirerade utvecklingen av testanordningar av ett flertal forskargrupper arbetar med crested (Macaca nigra) och rhesus (Macaca mulatta) makaker
Protocol
Etik uttalande: Denna forskning genomfördes i enlighet med franska standarder och fått godkännande från den nationella franska etiska kommittén, den "Comité d'Ethique CE-14 pour l'Experiment Animale". Rutiner var också i linje med riktlinjerna för anslutningen för studien av Animal Behaviour.
1. ALDM Test Enhet Set-up
OBS: Ställ in ALDM testenheter enligt Fagot & Paleressompoulle 1.
- Skapa testkammare av dimension (0,7 x 0,7 x 0,8 m 3) som beskrivs i 1. Se till att varje testkammare har två laterala transparenta sidoväggar. Utrusta varje testkammare med en skjutdörr som kan vara öppen eller stängd på baksidan (se figur 1). Öppna bakdörren av ALDM enheten att ge tillgång till testsystemet från inneslutningen.
- Montera frontpanelen på testkammaren med en (7,3 x 7 cm 2
- Installera en antenn ansluten till ett mikrochip läsare runt varje hand hamn som beskrivs i 1. Antennen kommer att fånga RFID identiteten av ämnet.
- Installera en 19 i kapacitiv pekskärm framför varje testkammare. Pekskärmen fungerar att presentera stimuli och för att spela in svarsrelaterade variabler (noggrannhet och svarstid). Separera vyportarna 25 cm från skärmen.
- Anslut en PC dator till varje testenhet som kommer att tjäna för att köra testprogrammet.
OBS: Vid varje försök, bestämmer testprogrammet testregimen av ämnena (t.ex., egenskapen av displayen, stimulus varaktighet, etc.) och associerar de beteende åtgärder (t.ex., svarstid, noggrannhet) till apan identifieras av RFID teknik. - Anslut en foderautomat till PC comput är via en parallellport, som beskrivs i 1. Denna dispenser levererar korn av torr vete inuti ALDM apa området.
- Spruta en RFID mikrochip i underarmen hos varje individ i gruppen som beskrivs i 1.
OBS: Denna procedur bör utföras i enlighet med veterinär praxis.
Figur 1: Bild (A) och schematisk vy (B) i en ALDM enhet. Varje testenhet har fem huvudsakliga beståndsdelarna. (A) pekskärm; (B) handport; (C) visnings; (D) matutfördelare leverera föda inne i buren efter ett korrekt svar; (E) dator; (F) dörr som ger tillgång från inneslutningen.fig1highres.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
2. ALDM Network Set-up
- Installera 10 ALDM enheter inom två 8 x 4 m 2 trailers, med 5 ALDM enheter i varje släpvagn som beskrivs i 1. Anslut varje ALDM testenheten till en unik kontrollerande server nås via en IP-adress (se figur 2). Säkerställ att ALDM enheten kan både nedladdning och ladda upp information från / till servern.
- Skriv en dator testprogram som hämtar textfiler från servern när en apa identifieras av en ALDM testenhet per 1. I textfilen, ger indikationer på den aktuella experimentella status (antal försök som redan gjorts i utbildning eller testfasen) av apan använder enheten. Skriv testprogrammet så att det kan använda den informationen för att presentera utbildning eller test rättegång fördefinierade av den experimentella proceduren.
- Sätt in test program inline skript så att den laddar upp och hämtar data från servern. Kontrollera att ALDM enheten synkroniserar ALDM klockan två gånger om dagen.
OBS: Med denna procedur, kan de 10 ALDM enheter ger indikationer på vilken apa använder vilken enhet, och när, och ger därför information om de sociala dynamiken i användningen av testsystemen. - Skriv testprogrammet så att före varje försök, laddar testprogrammet information från servern på den nuvarande experimentella status apan. När prov är klar kommer ALDM enheten uppdatera patientens textfil på servern.
OBS: Centralisering av ämnets relaterade parametrar på de kontrollerande server garanterar att deltagarna kommer att testas i den fördefinierade testorder, oberoende av ALDM testenheter den beslutar att använda. - Lagra följande data som en textfil efter varje försök: Datum, Dag tid (HH: MM: SS-format), namn det nuvarande testprogrammet, Monkey namn, nummer assigned till ALDM testenheten (t.ex. 1), testnivå (t.ex. utbildning), Score (1 = korrekt beteendesvar; 2 = felaktigt svar), Svarstid med ms noggrannhet.
Figur 2:.. Schematisk bild av ALDM nätverket Varje ALDM enheten tar emot och ger information från / till en unik kontrollerande server Klicka här för att se en större version av denna siffra.
3. Illustration av Användning av ALDM nätverket för studier av social kognition
OBS! ALDM protokollet har den unika fördelen av att ha apor som kan interagera fritt med datorer, medan den hålles i sin samhällsgrupp. Nedan presenteras tre protokoll som visar the användningen av ett nätverk av ALDM testenheter för att samla in utan motstycke information om babianer "(Papio papio) social kognition.
- Datoriserad ALDM testning kombinerar beteende (etologiska) iakttagelser:
OBS: Det huvudsakliga målet med denna forskning är att bedöma effekterna av valens (positiv kontra negativ) av affektiva tillstånd på djurens kognitiva prestanda under datoriserad ALDM testning. Förfarandet beskrivs i figur 3 och fullständig information om denna forskning publicerades i Marzouki et al. 10- Installera en visuell sökuppdrag bestående av valet av ett mål visuell stimulans bland flera distraktorer på varje dator.
- Under åtta dagar, observera och registrera manuellt vilket beteende var och enskilda utställningar i kammaren, och när, med en timer synkroniserad med den kontrollerande servern.
- Grupp beteenden ut i inneslutningen i tre grupper som motsvararkänslomässigt positiva sociala evenemang (t.ex. grooming), de känslomässigt negativa sociala evenemang (t.ex. hot), och emotionellt nonsocial (neutral) händelser (t.ex. objekt manipulation).
- Analysera svarstider den visuella sökuppdrag uppnås inom en 3 min tidsfönster efter en beteendeobservationer i inneslutningen. Synkronisera beteende observationer och datorbehandlade uppgifter och analysera (se figur 3).
Figur 3:. Schematisk illustration av avsnitt 3.1 spontana beteenden som uttrycks i inneslutningen registreras parallellt med den kognitiva prestanda på ALDM tester.
- Bedömning av sociala influenser under ALDM test:
OBS: Detta protokoll syftar till att studera publik effekter på kognitiv förmåga inspelade during datoriserad ALDM testning. Fullständig information om denna forskning publicerades i Huguet et al. 11- På varje ALDM testenheten, installera en uppgift, i vilken en cirkel följs av ett svar på den högra sidan av skärmen eller på vänstra sidan när ett parallellogram presenteras.
- Låt apan att använda 10 ALDM testsystem som de vill. Flera apor kan därför använda intilliggande testsystem. Spela som enskilda användningsområden som systemet.
OBS: De babianer kan se sina artfränder (när den finns närvarande) med användning av de andra test uppställningar för släpvagn, tack vare de transparenta sidoväggarna hos varje enhet. - Se till att testprogrammet registrerar resultatet för varje individ, liksom det sociala sammanhanget av rättegången (dvs om de andra ALDM testenheter samtidigt används och av vem).
- Analysera variationer i svarstid beroende på det sociala sammanhanget.
- Kulturell utveckling bedöms via datoriserade transfer av uppgifter från privatpersoner till privatpersoner:
OBS: Detta protokoll har utvecklats för att studera utvecklingen av information som överförs via en kedja av deltagare. Förfarandet beskrivs i figur 4 och fullständig information om denna forskning publicerades i Claidière et al. 12- Träna deltagarna att lösa ett enkelt memory uppgift där de först se fyra slumpmässigt utvalda röda fyrkanter i en fyra av fyra rutnät av annars vita. Efter 400 ms ändra alla röda fyrkanter till vitt, och be deltagaren att röra rutor som tidigare var röd.
- När utbildningen är klar, använd beteende svaret hos en deltagare (rutorna berörde) att producera stimuli för nästa person i kedjan (se Figur 4). Med undantag för den första enskilda i kedjan för vilka gallren är slumpvis genereras av datorn.
- Analysera framgång i uppgiften med antalet transmissionen händelser.
Figur 4:. Schematisk illustration av § 3.3 första babian (Generation 1) tvungen att fylla i en uppsättning av 50 studier som genereras av datorn. Motor svaren från denna babian användes sedan för att skapa stimuli för andra babian (Generation 2) i transmissionskedjan. Denna procedur upprepades till sista babian i kedjan testades. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Representative Results
Som visas i figur 5, svarstiderna efter negativt valenced beteenden, såsom hot, var betydligt långsammare än de som följer neutral (t.ex. objekt manipulation), och positivt valenced sociala beteenden, såsom grooming. Denna studie visar att sociala humör påverkar prestanda under kognitiva tester. Intresserade läsare får du mer detaljerad information om denna studie i Marzouki et al. 10 I figur 6, jämfört med isolering, närvaron av andra reducerade svarstider (svarstiden minskar med antalet personer som befinner sig i trailern), vilket indikerar en social underlättande effekten av väl lärt svar. Närmare om denna forskning kan hittas i Huguet et al. 11 Figur 7 visar en ökning i prestanda under överföringsförsök (blå fyrkanter), men inte i en kontroll (random) tillstånd (gula cirklar). Mor e detaljerad information om denna forskning kan hittas i Claidière et al. 12
Figur 5:. Belysande resultat från avsnitt 3.1 Genomsnittlig svarstider (ms) i den visuella sökuppdrag omedelbart efter sociala positiva, negativa eller neutrala händelser. Felstaplar representerar standardavvikelsen (SD).
Figur 6: Exempel på resultat från avsnitt 3.2 Social närvaro effekt på hastigheten på väl inlärda svar.. Denna figur visar de genomsnittliga svarstider (millisekunder) beroende på antalet artfränder närvarande under varje försök i angränsande ALDM testenheter. Felstaplar representerar standardfelet (SE).
Figur 7:. Belysande resultat från avsnitt 3.3 Framgången för babianer (genomsnittligt antal belöningar för 50 försök) ökade med antalet sändningshändelser (generation) under överföringsförsök (blå fyrkanter) men inte under slumpmässiga kontrollerade studier (gula cirklar). Felstaplar representerar SE.
Discussion
Primatologists har alltid uttryckt ett starkt intresse för sociala och icke-sociala aspekterna av kognition. Emellertid integreringen av dessa två nivåer av förståelse har varit svårt. Social tester ibland genomförs i laboratorier, men på ett mycket begränsat antal ämnen 13. Ett nätverk av ALDM enheter erbjuder 4 främsta fördelarna i det avseendet: (1) ALDM testning använder mycket sofistikerade (datoriserade) protokoll och millisekund precision mätningar av kognitiva processer; (2) ALDM testning uppnås inom den naturliga sociala sammanhanget av de studerade djuren; (3) ALDM testning kan föreslås till stora grupper, som görs i våra studier; (4) ALDM testning utnyttjar den spontana förekomsten av sociala interaktioner och inte begränsar individer till särskilda sociala situationer.
ALDM nätverk öppnar därför möjligheter för integrativ och flerdimensionella analyser av kognition som kombinerar sociala och icke-social faktors.
Detta dokument visar denna integrerad strategi med tre protokoll men många andra möjligheter finns bredvid dessa nyckel illustrationer. Till exempel föreslår preliminärt (opublicerad) bevis som samlats in i vårt laboratorium att aporna använder intilliggande testenheter har också de starkaste affiliative obligationer inom sin samhällsgrupp. Om denna effekt bekräftas, då automatik av ALDM testning kommer att möjliggöra insamling av stora mängder information om sociala dynamik som kan underlätta longitudinella sociometric studier (t.ex. baserad på åtgärder för social distans) i icke-mänskliga primater.
Begränsningarna av ALDM testning förblir okänd i detta skede. Till exempel, är det fortfarande okänt i vilken utsträckning aktivitetsnivån i de ämnen som kan påverkas av den sociala strukturen (t.ex. könsfördelning) i gruppen. Ändå verkar ALDM testa ett mycket lovande verktyg för att överbrygga den uppenbara klyftan mellan studier påindividuell kognition och de mer inriktade på social kognition. Dess användning ger möjlighet att identifiera de sociala faktorer som kan påverka enskilda kognition, samt att mer exakt mäta deras effekter. Dessutom har vår tidigare forskning visat att ALDM testning främjar också djurens välbefinnande: De är former av beteende anrikning som minskar stress (härledas från kortisol nivå och antalet onormala stereotypier) 3. Följaktligen verkar ALDM testning stor nytta för både forskare och djur, och bör i större utsträckning användas i framtiden i laboratorier och djurparker.
Acknowledgments
Denna forskning stöddes av "Federation de Recherche 3C", Aix-Marseille University och EU Euprim-Net-II-projektet (# RII3-026155). Detta arbete stöddes av ett statligt bidrag övervakas av den franska nationella forskningsinstitut (ANR) som en del av programmen LICORNES (ANR-12-CULT-0002) och ASCE (ANR-13-PDOC-0004). Personalen på Rousset-sur-Arc CNRS primat stationen är känd för 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).
