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Behavior

利用fishsim动画工具链调查鱼类行为--以鱼翅钼中的选物复制为例

Published: November 8, 2018 doi: 10.3791/58435
Automatic Translation
1, 1,2, 3, 3, 3, 1
1Research Group of Ecology and Behavioral Biology, Institute of Biology, University of Siegen, 2University of Calgary, 3Institute of Real-Time Learning Systems, University of Siegen

Summary

利用新型fishsim动画工具链, 提出了一种在旗鳍摩尔的择偶复制背景下对公共信息进行非侵入性视觉操作的协议。菲希姆动画工具链提供了一个易于使用的框架, 用于设计、动画和演示计算机动画鱼刺激物的行为实验与现场测试鱼。

Abstract

在过去的十年里, 与操纵活体动物相比, 计算机动画在动物行为研究中的应用增加了, 因为它能够非侵入性地操纵视觉刺激的外观和行为。在这里, 我们提出了fishsim动画工具链, 这是一个软件框架, 旨在为研究人员提供一种易于使用的方法, 以便在鱼类行为实验中实现3d 计算机动画。该工具链提供了创建五个不同鱼类的虚拟3d 刺激的模板。根据活鱼的照片, 刺激在外观和大小上都是可定制的。通过使用视频游戏控制器记录虚拟环境中的游泳路径, 可以对多个刺激进行动画处理。为了提高模拟行为的标准化, 预先录制的游泳路径可以用不同的刺激重播。多个动画以后可以组织到播放列表中, 并在活鱼实验期间显示在监视器上。

在一个案例研究的帆船 (poecilia latipinna), 我们提供了一个协议如何进行择偶复制实验与fishsim。我们利用这种方法创造和动画虚拟男性和虚拟模型女性, 然后提出这些活的焦点女性在二元选择实验。我们的研究结果表明, 计算机动画可以用来模拟虚拟鱼在择偶复制实验中, 以探讨女性妊娠斑作为一个模型女性在择偶复制质量的指示。

该方法的应用不仅限于匹配选择复制实验, 还可用于各种实验设计。不过, 它的可用性取决于研究物种的视觉能力, 首先需要验证。总体而言, 计算机动画在实验中提供了高度的控制和标准化, 并具有 "减少" 和 "取代" 活体刺激动物以及 "完善" 实验程序的潜力。

Introduction

近年来, 利用计算机动画和虚拟现实等现代技术创造人工刺激, 在研究中得到了普及。与传统的实验方法相比, 这些方法提供了几个优点, 与活体刺激动物1,2。计算机动画允许非侵入性操作的外观 (大小, 颜色) 和行为的虚拟刺激动物在实验中使用。例如, 在后来对这一物种进行的研究中, 通过使用计算机动画, 手术切除雄性绿剑尾 (xiphophorus helleri) 中的剑, 以测试女性3的配偶偏好.此外, 计算机动画可以创建自然界中很少遇到的表型 5.虚拟动物的形态特征甚至可能会被改变到该物种的自然范围之外。特别是, 可能的系统操纵的行为是计算机动画的一个主要优势, 因为它几乎是不可能的与活体动物6,7。

到目前为止, 创建计算机动画的各种技术。简单的二维 (2d) 动画通常来自仅在两个维度中移动的刺激图像, 并且可以使用普通软件 (如 ms powerpoint8或 adobe 后效果9) 创建。三维 (3d) 动画需要更复杂的3d 图形建模软件, 使刺激能够在三维中移动, 增加了逼真和复杂的物理运动6,7的可能性,10,11,12. 即使是模拟活体动物导航的3d 环境的虚拟现实设计, 也使用了13,14。在最近的一次审查中, chouinard-thuly等人.2逐一讨论这些技术, 并强调其在研究中实施的利弊, 这主要取决于研究范围和试验动物的视觉能力 (见 "讨论")。此外, 鲍威尔和罗森塔尔15提供建议, 适当的实验设计, 以及什么问题可以通过在动物行为研究中使用人工刺激。

由于创建计算机动画可能既困难又耗时, 因此需要软件来促进和规范动画设计的过程。在本研究中, 我们介绍了自由和开源的 fishsim动画工具链 16 (简称: fishsim ;https://bitbucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain/), 将生物学和计算机科学结合起来的多学科方法来满足这些需求。与早期发布的工具anyfish17,18类似, 工具链的开发遵循了为研究人员提供一种易于使用的方法, 以便在鱼类实验中实现动画3d 刺激。我们的软件由一组工具组成, 可用于: (1) 创建3d 虚拟鱼 (鱼类创集器), (2) 使用视频游戏控制器 (fish轨) 对虚拟鱼的游泳路径进行动画处理, 以及 (3) 组织和呈现预先录制的内容在监视器上的动画, 以活焦点鱼 (钓鱼玩家)。我们的工具链提供了各种功能, 这些功能对于二元选择情况下的测试特别有用, 但也适用于其他实验设计。此外, 两个或两个以上虚拟鱼的可能动画可以模拟浅滩或求爱。动画不受特定刺激的约束, 但可能会与其他刺激重播, 从而有可能改变刺激的外观, 但保持其行为不变。工具链的开源特性, 以及它基于机器人操作系统 ros (www.ros.org) 的事实, 提供了系统的高模块化, 并提供了几乎无限的可能性, 包括外部反馈设备 (作为控制器或跟踪系统), 并使工具链适应自己的研究需要。除了旗手莫利, 目前还有其他四个物种可以使用: 大西洋霉菌、海绵状波皮网状虫、三刺粘背石和"单倍体.可以在3d 图形建模工具中创建新物种 (例如, blender、www.blender.org)。为了说明 fishsim 的工作流程, 并提供如何用计算机动画进行匹配选择复制实验的协议, 我们对 fishfin molisls 进行了案例研究。

伴侣的选择是动物在生活史上做出的最重要的决定之一。动物已经进化出不同的策略来寻找最好的交配伴侣。他们在独立评估潜在的交配伴侣时可能依赖个人信息, 可能是根据特定表型特征的预定遗传偏好19,20。然而, 他们也可以观察配偶选择的细节, 从而利用公共信息21。如果观察者随后决定选择与观察对象相同的配合 (或相同的表型)--以前选择的 "模型", 这称为择偶复制 (以下简称 mcc)22, 23。基质选择复制是一种社会学习形式, 因此, 在两个脊椎动物中都观察到了一种非独立的择偶策略24, 这在两个脊椎动物中都有观察到, 29和无脊椎动物30,31,32。到目前为止, mcc 主要是在鱼类中进行的研究, 在实验室条件下发现的是 33、34、35、36、37、38和野性39,40,41,42。如果两个或两个以上潜在的交配伴侣在质量上明显相似, 并且很难做出 "好" 的配偶选择--在最大限度地提高体能方面--对个人来说尤其有价值.模型女性本人的素质会影响女性是否复制自己的选择, 是否为44、45、46、4 7岁。分别, "好" 或 "坏" 的女性品质被认为是由于她或多或少在择偶方面有经验, 例如在年龄分别为 44岁、45岁、46岁或她是一个例外或异种 47.在复制配偶选择的帆船中,39、48、49、50、51,发现焦点雌性甚至复制了男性52 的拒绝.由于 mcc 被认为在表型性状的进化以及物种和杂交的进化中发挥着重要作用 21,23,53, 54, 复制的后果 "错误的 "选择可能是巨大的, 在降低复印机 55的适宜性。如果一个人决定复制另一个人的选择, 重要的是要评估所观察到的模型是否是可靠的信息来源,即模型本身由于他或她在伴侣方面经验丰富而做出了 "良好" 的选择选择。这里出现的问题是: 在鞭扬机女性中, 有哪些视觉特征可以成为可靠模型的特征？

一个明显的视觉特征, 在女性旗鳍模具和其他 Poeciliids 是妊娠点 (也被称为 "肛门点", "育苗补丁" 或 "怀孕点")。这种深色色素区在他们的肛门区域来自黑色素化的组织衬里卵巢囊 56。妊娠斑的大小和存在是不同的锥形女性, 并可能进一步单独变化, 在卵巢周期56,57的进展。妊娠部位可用于吸引男性, 促进为内部授精的性腺定位58 或作为宣传生育能力59, 60 的一种手段。考虑到妊娠部位与女性生殖状态之间的联系, 我们预测, 妊娠部位通过向观察焦点女性提供有关其目前生殖状态的信息, 可以作为女性生殖质量的典范。我们研究了两个交替的假设。首先, 如果妊娠点是成熟的一般标志, 正如 farr 和 travis59 所预测的那样, 它表示与不成熟的模型 (没有该点) 相比, 可能是可靠和有经验的模型。在这里, 焦点女性更倾向于复制有位置的模型的选择, 但不复制没有点的模型的选择。其次, 如果妊娠点标志着由于已经发展的胸针而变得不接受, 正如萨姆纳等人所预测的那样.6 0岁, 这种模式大概不太可靠, 因为不接受的女性会被认为不那么挑剔。在这种情况下, 焦点女性不会复制自己的选择, 而是没有斑点的模特的选择。到目前为止, mcc 的妊娠点在鞭扬机雌性中的作用从未受到过考验, 也从未被实验操纵过。

我们用fishsim 进行了 mcc 实验, 在计算机监视器上展示了虚拟刺激雄性和虚拟模型雌性, 而不是像经典实验过程49、50 中使用的那样使用活体刺激和模型鱼 ,51,61。我们软件的一般可用性已被验证, 用于测试关于旗鳍摩尔12中配偶选择的假设。在这里, 我们测试了虚拟模型女性中没有或存在妊娠斑是否会影响观察活体焦点女性的配偶选择。我们首先让焦点雌性适应测试槽 (图 1.1), 让它们在第一次择偶测试中在两种不同的虚拟刺激雄性之间进行选择 (图 1.2)。随后, 在观察期间, 与虚拟模型女性一起介绍了先前的非首选虚拟男性 (图 1.3)。在随后的第二次择偶测试中, 焦点女性在相同的男性之间再次选择 (图 1.4)。我们通过比较她在第一次和第二次择偶测试中的择偶决定, 分析了焦点雌性是否复制了观察到的模型雌性的配偶选择。我们进行了两种不同的实验治疗, 在这些治疗中, 我们视觉上操纵了虚拟模型女性的质量。在观察期间, 我们要么提出了以前的非首选虚拟男性 (1) 与虚拟模型女性与妊娠点 ("斑点" 治疗);或 (2) 与没有妊娠部位的虚拟模型女性 ("无斑点" 治疗)。此外, 在没有任何模范女性的对照中, 我们测试了在没有提供公共信息的情况下, 重点女性是否一致选择。

Figure 1
图1。使用虚拟鱼刺激 mcc 实验的最重要的实验步骤概述。(1)适应期。(2)第一次择偶测试: 活体焦点女性在虚拟刺激男性之间选择。(3)观察期: 焦点女性观察前非首选男性与虚拟模型女性与妊娠部位。(4)第二次择偶测试: 焦点女性再次在虚拟刺激男性之间进行选择。在本例中, 她复制模型的选择。请点击这里查看此图的较大版本.

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Protocol

对这些鱼类进行的实验和处理符合德国动物福利立法 (Deutsches tierschutzgesetz), 并得到了西格根大学和地区当局内部动物福利官员 urs gieelmann 博士的批准 (kreis兽医äramt siegen-witgenstein;许可证号码: 53.6 55-05)。

1. 虚拟鱼类设计

请注意:在补充材料列表中查找所需硬件和软件的列表。fishsim的一般功能的详细描述以及其他提示和技巧可在用户手册 (https://bitbucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain/) 中找到。

  1. 准备女性身体纹理有和没有妊娠斑点
    1. 启动gimp , 然后单击 "文件" & gt; & gt; "打开" 以打开女性身体纹理图像 "PLF_body_6。png "从目录" fishsim _ 动画 _ 工具链 "中的文件夹模型。使用这张图片作为所有新创建的女性身体纹理与妊娠点的参考。使用免费选择工具选择参考图片的暗灰色斑点区域并将其剪切 (单击"编辑" & gt; & gt; "剪切")。
      请注意:gimp (可在 www.gimp.org) 是一个免费的图片编辑工具, 类似于 adobe photoshop, 可用于操作数字图片和图形。
    2. 在 gimp 中打开第二个女性身体纹理文件 (例如, "PLF_body_7.png"), 并通过将先前的切割点区域作为新的浮动图层插入 (编辑 & gt; & gt; 粘贴到) 将斑点区域转移到第二个主体纹理上。通过单击"图层" & gt; & gt; "锚点图层",调整第二个图片中妊娠点的位置并合并图层。
      请注意:确保妊娠点的面积在每个虚拟模型女性上具有相同的大小和相同的位置 (图 2)!
    3. 导出 (编辑 & gt; & gt; & gt; 导出为) 模型文件夹中新名称下的新 "点" 纹理 (例如, PLF_body_7_S. png)。关闭 gimp 中所有打开的图片窗口。
      请注意:不要对纹理文件进行任何其他更改 (例如缩放), 因为这些文件经过专门编辑, 以后将映射到3d 鱼上。
    4. 创建第二个身体纹理没有妊娠点, 使用相同的原始女性身体纹理文件第二次 (例如, "PLF_body_7.png")。现在, 在 gimp 的帮助下, 在原始文件中覆盖已经存在的妊娠斑点。
    5. 在 gimp 中打开女性身体纹理, 然后选择克隆工具。通过按ctrl + 左键单击选择周围腹部区域的图案 (不含暗色素沉着), 并使用此选择通过使用克隆工具在其上绘制来覆盖现有的暗色素沉着 (图 2)。
    6. 在模型文件夹中以新名称 (例如, PLF_body_7_NS.png) 导出新创建的 "无点" 纹理。关闭 gimp。

Figure 2
图 2: 使用图片编辑工具 gimp 处理 "斑点" 和 "无斑点" 之前 (原始) 和操作后的女性身体纹理的典型图片.虚线圆圈标记纵的区域。请点击这里查看此图的较大版本.

  1. 调整视点并设置动画的 "场景"
    1. 通过在桌面左侧的启动器中选择 fishsim 图标来启动fishsim . 配置演示文稿监视器的分辨率, 然后单击 "启动"。
      请注意:建议在其中一个演示监视器的屏幕上进行以下调整 (步骤 1.2.2\u20121.2.4) (如果监视器的尺寸和分辨率不同)。
    2. 按键盘上的f1以从查看模式更改为编辑模式 (通过反复按f1 在查看模式和编辑模式之间切换)。
      请注意:切换到编辑模式可使窗口顶部的编辑工具栏成为可能。在观看模式中看到的场景描述了在实验过程中将在屏幕上显示的内容。
    3. 通过调整相机角度, 调整视点以匹配演示监视器的尺寸。按住鼠标左键旋转相机并移动光标。按住鼠标右键并移动光标, 平移相机。通过按住鼠标中间 (或两个鼠标按钮) 并移动光标来放大和缩小。
    4. 单击编辑工具栏 (相机图标) 中的"相机设置",然后单击 "复制到静态凸轮" 以设置视点。单击"文件" & gt; & gt; " 保存场景", 将调整后的场景另存为新的默认场景。为此,重写fishsim 目录的场景文件夹中的文件 "默认 _ 对准目. ·poverit "。
      请注意:默认场景将出现在fishsim 的每个开始, 并作为fishplayer中的起始场景。在fishplayer 中, 默认场景也可作为实验期间的暂停 (图 3 a)。调整场景只需要做一次。

Figure 3
图 3: fishsim中场景的屏幕截图.(a)没有鱼的空默认场景, (b)显示男性孤独的场景, (c)显示同一雄性与模特女性一起有斑点的场景, (d)显示相同的雄性和相同的模型女性的场景没有一个地方。请点击这里查看此图的较大版本.

  1. 在择偶测试中进行演示的虚拟男性刺激的设计
    请注意:准备虚拟男性刺激, 稍后将动画和呈现到现场焦点女性在择偶测试。
    1. 如果尚未打开, 请启动fishsim。按f1进入编辑模式。
    2. 单击 "文件" & gt; & gt; "从下拉菜单加载鱼模型", 并通过从文件夹模型中选择默认的雄性旗笔莫莉模板 "默认_ plm. x" 加载它。
    3. 左双击加载的鱼选择它。它将在网格中突出显示。单击工具栏中的齿轮图标以打开鱼工具集。将弹出一个框, 其中包含用于自定义虚拟男性的编辑选项。取消选中"显示网格"可更好地查看鱼的视图。
    4. 将 "名称"更改为"男性"。
      请注意:男性的名字很重要, 它代表了它以后在动画过程中将扮演的 "角色"。对于稍后将在实验期间使用的每个新创建的虚拟男性, 此名称必须相同。
    5. 如果需要, 通过更改 x、y 和 z 的值, 更改男性的比例(维度), 然后单击 "应用"。
    6. 通过单击"编辑工具箱"中的纹理来编辑男性的纹理。点击鱼的特征 (身体, 背, 尾端) 来改变它。
      请注意:"为框选择纹理" 将弹出所有可用作纹理的. png 文件。纹理将显示在模型文件夹中给出的名称。
    7. 单击列表中显示的纹理 (右), 它将直接出现并替换鱼上以前的纹理。
    8. 创建所需的雄性时, 单击 "编辑工具箱"中 "配置" 下的"应用" , 然后单击 "将鱼保存到磁盘". 将新雄性保存为模型文件夹中的 "雄性动物" 。
    9. 此外, 保存整个场景 ("文件" & gt; & gt; "保存场景"), 包括场景文件夹中的一名男性. 在这里, 建议使用名称 "mal _ a _ alon. 景图" (图 3b)。
    10. 单击"文件" & gt; & gt; "加载场景" 以加载空的默认场景, 并重复步骤 1.3.2 1.3.9 根据需要创建尽可能多的虚拟男性, 并将每个新创建的男性保存在模型文件夹中的唯一名称下, 并将其作为一个新的. 景文件。场景文件夹。
  2. 观察期间呈现的虚拟模型雌性鱼的设计
    1. 单击"文件" & gt; & gt; "加载场景" 以加载默认场景。按照步骤 1.3.1, 然后单击 "文件" & gt; & gt; "加载鱼模型", 从模型文件夹中加载默认的女性模板 "默认 _ plfx"。
    2. 左双击加载的女性选择它, 然后打开鱼工具集。将名称更改为 "女性"。如有需要, 可按步骤1.3.5 中所述对女性进行缩放。
      请注意:在本实验中, 所有女性的名称和缩放比例应该是相同的。
    3. 将默认的女性身体纹理替换为以前创建的 "点"-身体纹理 (在右侧的框中列出), 如步骤 1.3.6 1.3.7 中所述。
    4. 单击"编辑工具箱"中"配置 " 下的 "应用" , 然后单击"保存" 并创建文件 "Female_1S.fish" (s = spot), 将项目保存到磁盘。
    5. 单击"文件" & gt; & gt; "加载场景" 以加载默认场景。重复步骤 1.4.1 1.4.4 创建至少一个相同的模型女性 (或尽可能多) 相同的模型女性, 但没有妊娠点, 并将其命名为 "Female_1NS.fish" (ns = 无斑点)。将每个鱼保存在模型文件夹中.
      请注意:在 mcc 实验的观察期间, 必须创造和保存包括一名男性和一名女性在内的场景。
    6. 单击"文件" & gt; & gt; "加载场景" 以加载空的默认场景。单击"文件" & gt; & gt; "加载鱼模型", 从模型文件夹中插入虚拟男性 "雄性 _ a. fish"。单击 "文件" & gt; & gt; 再次加载鱼模型, 将虚拟模型女性 "Female_1S.fish" 添加到场景中。通过改变每条鱼的 x、y 和 z 坐标来改变它们的位置, 使它们的身体不重叠。
      请注意:双击鱼, 然后按键盘上的"删除" , 将其从场景中删除。
    7. 通过单击"文件" & gt; & gt; "将场景另存为 Male_A_with_Female_1S.scene" (图 3c),保存场景 (包括男性和女性)。
    8. 重复步骤 1.4.6 1.4.7 为以下三个其他场景创建: (1) 具有 Female_1NS 的雄性 _ a (参见图 3d)、(2) 带 Female_1S 的男性 _ b 和 (3) 带 Female_1NS 的男性 _ b。

2. 虚拟鱼类刺激的动画

请注意:实验所需的每一种动画只需使用一个模范男性场景和一个模范观察场景 (男性和女性一起动画) 准备一次。在动画制作过程中, 将为每条鱼创建一条游泳路径, 以后任何鱼类都可以重播, 只要名称相同 (请参阅步骤 1.3.4)。

  1. 在择偶测试中演示的虚拟男性动画
    请注意:准备两个虚拟男性的动画: (1) 持续时间为7.5 分钟的游泳路径; (2) 持续时间为5分钟的游泳路径。
    1. 将游戏控制器 (例如,索尼游戏站 3) 插入操作计算机的 usb 端口。
    2. 打开fishsim,然后单击"文件" & gt; & gt; "加载场景", 从文件夹场景(例如, "男性 _ a _ 唯一. 景") 加载一名男性的场景。点击 "鱼转向" 图标,开始"鱼转向" 。
    3. 在单独的窗口中配置控制器设置。
      注意: fishsim和fish反过来运行, 鱼可以在观看模式下行驶, 如实验期间所示, 或通过按f1在编辑模式下进行。
    4. 要对 (雄性) 鱼进行动画处理, 请从转向面板的下拉菜单中选择它。此处的模型名称与"编辑工具箱"中给出的名称相对应 (请参阅步骤 1.3.4)。
    5. 单击"开始放置",然后使用控制器将鱼放置在虚拟鱼缸中的任何起始位置。单击 "停止放置"。
    6. 通过单击"开始录制" 开始录制鱼的游泳路径.使用控制器在场景中移动鱼。
      请注意:录音的持续时间在转向面板的右下角。
    7. 单击 "停止录制".单击"保存"将游动路径另存为驱动器上的. bag-filed ("记录") (例如,在桌面上)。选择文件的名称以表示记录的持续时间,例如 " 7_30_min_male_alone.bag"。
      请注意:停止录制后, 将无法再次编辑总持续时间。
    8. 编辑录音, 增加男性背鳍的运动, 以模仿男性在择偶测试中的求爱行为。从"编辑"功能的下拉菜单中选择背鳍 (一次只能编辑一个功能)。
    9. 选择 "开始编辑",将重播完整的游泳路径。按下控制器上的 l1 按钮, 在特定时间点抬起背鳍。单击"保存"将编辑后的游泳路径版本另存为新版本.包文件。
    10. 重复步骤2.1.8 和2.1.9 但选择性腺以添加其运动。保存最终版本以供以后在鱼也就是玩家中使用。关闭鱼转向.
      请注意:建议以唯一的名称保存每个编辑步骤的包文件。这样, 如果编辑过程中出现问题, 总是可以回到早期版本的动画。
  2. 观察期间虚拟男性和模型女性动画的展示
    请注意:准备一个动画与虚拟男性和虚拟模型女性在求爱, 从而彼此发生性互动, 总持续时间为10分钟。
    1. 打开鱼儿.按f1进入编辑模式, 然后单击 "文件" & gt; & gt; "加载场景", 加载带有男性和女性的场景,例如 " Male_A_with_Female_1S.scene"。启动鱼转向.
    2. 交替选择男性和女性将它们放置在虚拟储罐中 (通过单击start/stop 放置)。
    3. 对于录制, 请首先从转向面板的下拉菜单中选择雌性鱼, 并创建一个游泳路径, 持续时间为 10分钟, 按照步骤 2.1.5 2.1.6。
      请注意:一次只能记录一条鱼的游泳路径。在对第一条鱼进行动画处理后, 可以使用"编辑"功能包括第二条鱼的游泳路径, 而以前的操纵鱼将在动画的整个期间与之一起重播。
    4. 单击 "停止录制"并将驱动器上的游泳路径保存 (例如, "10_00_min_male_with_female.bag")。然后先后编辑男性的游泳路径, 背鳍运动和性腺运动, 如步骤描述 2.1.8 2.1.10。保存最终版本以供以后在鱼也就是玩家中使用。

3. 为 mcc 实验准备动画播放列表

请注意:使用鱼肉手在两个监视器上显示动画以直播焦点女性。分别为每个监视器排列播放列表, 以模拟 mcc 实验的过程 (图 1)。该工具由一个主窗口组成, 该窗口显示每个监视器的记录播放列表 (图 4) 和每个演示文稿监视器的单独动画窗口。

  1. 场景和记录的一般功能和排列
    1. 关闭所有窗口, 并通过单击相应的图标打开鱼石播放器。将使用两个监视器用于演示 (左、右) 配置设置, 然后单击 "启动"。
      请注意:在步骤 1.2.4 (保存在会试度默认 _ 景.景) 中创建的默认场景将始终作为起始场景和暂停命令在两个监视器上显示。
    2. 将条目分别添加到每个监视器的播放列表中。单击 "添加加载场景", 从fishsim目录中的场景文件夹中添加例如, "男性 a" 的场景。单击 "添加播放记录"可从驱动器添加记录,例如,仅男性的7.5 分钟记录。
      请注意:然后, 该场景和以下记录将由软件链接, 场景中描绘的虚拟男性将按照相应记录中的定义进行动画处理。
    3. 单击"添加暂停" 以添加特定持续时间 (分钟秒) 的暂停命令, 显示没有鱼的默认场景, 作为记录之间处理鱼的中断。
      请注意:暂停时间一般应取决于处理鱼类所需的时间。单击一个条目并拖动以更改其在列表中的顺序。所选条目用红色标记。通过选择条目并单击 "删除" 选择, 从播放列表中删除条目。
    4. 单击play\ stop 启动和停止演示文稿。停止将始终完成完整的播放列表,例如,一旦播放列表运行, 就无法在播放列表的中间暂停。
      请注意:播放列表将始终从第一个条目开始, 并从上到下运行。因此, 必须在实验之前设置所有条目的正确顺序, 并且在不停止演示文稿的情况下, 不能在实验之后更改。窗口底部的计时器显示当前播放列表的持续时间和实际时间。
  2. 两种处理方法的播放列表安排及 mcc 实验的控制
    请注意:在进入安排方面, mcc 实验分为两部分: (1) 第一次择偶试验, (2) 观察期, 第二种选择物试验。因此, 对于每个处理和控制, 播放列表必须按两个不同的顺序排列。
    1. 运行实验时, 首先, 为第一个匹配选择测试准备一个播放列表。
    2. 其次, 在运行实验过程中, 改变后续观察期和第二次择偶测试的播放列表的排列, 根据该方法, 在第一次择偶测试中, 女性的焦点是女性的首选。
  3. "现场" 治疗的具体播放列表安排
    1. 对于 "处理 1" 中的第一个匹配选择测试, 请按照图所示对播放列表进行精确排序
    2. 在第一次择偶测试后, 休息计算哪一个虚拟男性更喜欢 (见下文第5.9 步)。然后重新排列观察期的播放列表, 通过向焦点女性展示之前的非首选男性和模范女性, 向女性提供公共信息。
    3. 根据图 5安排播放列表进行观察和以下第二次择偶测试。
    4. 在观察期间, 将 1 0分钟的记录 (男性和女性模型一起) 与显示之前首选男性的场景联系起来。
      请注意:在这种情况下, 只会显示男性的游泳路径, 由于在场景中缺失, 虚拟模特女性将缺席。
    5. 对于以非首选男性为主角的播放列表, 将 1 0分钟的纪录与现场联系起来, 包括之前的非首选男性和模特女性。选择场景, 包括一个模型女性与妊娠点 (s) 为这种治疗。
      请注意:与3.3.2 不同的是, 在这里, 相同的记录将被重播, 但现在模特女性是可见的。

Figure 4
图 4: mcc 实验的第一部分 (即第一个匹配选择测试) 中显示左侧和右侧监视器的 fishplayer播放列表的屏幕截图.播放列表条目是根据治疗1中的第一个匹配选择测试的需要进行排序的。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 5
图 5: 显示 mcc 实验第二部分 (观察期和第二次匹配选择测试) 中左侧和右侧监视器的fishplayer播放列表的屏幕截图.根据观察期和治疗1中的第二次择偶测试所需的顺序排序播放列表条目。请点击这里查看此图的较大版本.

  1. "无现场" 治疗的具体播放列表安排
    1. 对于治疗 2, 按治疗 1 (图 4和图 5) 所述的播放列表排序, 但在观察过程中使用包括没有妊娠点 (ns) 的虚拟模型女性在内的场景。
  2. 用于控件的特定播放列表排列, 以确保选择的一致性
    请注意:在选择一致性控制中, 匹配选择测试的播放列表条目与 "处理 1" 和 "2" 相同 (图 4)。然而, 在观察期间, 没有向重点女性提供公共信息, 因此看不到女性模式。
    1. 按图 5所示订购播放列表, 但将每个男性的场景与10分钟的记录结合起来。
      请注意:在这种情况下, 只会显示雄鱼的游泳路径, 由于在场景中缺失, 模型雌性将双方缺席。

4. 实验设置

  1. 将两个电脑屏幕分别放置在测试槽的两端。调整屏幕, 以覆盖测试罐的大部分玻璃墙, 并在屏幕和罐壁之间有1.5 厘米的空间。从上面向储罐提供照明。
  2. 用一层薄薄的砾石覆盖水箱底部, 并将适合活鱼的水填充到屏幕的高度。在坦克外部的每一端用一条20厘米深的垂直线标记一个选择区域。有一个丙烯酸玻璃瓶和两个秒表在手。
  3. 将显示器连接到电源和运行中的计算机, 将其放置在距离测试槽至少1米的地方,例如,放在一个小桌子上 (图 6)。

Figure 6
图 6: mcc 计算机动画实验的实验设置.操作的计算机连接到两个演示监视器 (监视器1和 2), 重播动画, 以活的焦点女性在测试槽内。例如, 两个 lcd 显示器都有角度来显示动画场景。请点击这里查看此图的较大版本.

5. 运行 mcc 实验

请注意:按照下面的实验程序, 使用一个活的焦点女性进行治疗1、治疗2或对照 mcc 实验 (参见图 1)。

  1. 在操作计算机上打开fishplayer , 并为第一次择偶测试排列播放列表, 例如, 如治疗1所述( 图 4)。检查演示文稿的监视器是否正在运行, 以及它们是否显示空的默认场景。
  2. 在测试槽内放置一只活的焦点女性。让她自由地游泳和适应坦克和介绍空坦克在两个显示器20分钟。
  3. 适应后, 将焦点女性放置在一个清晰的丙烯酸缸在测试罐的中间, 以确保与两个显示器的距离相等, 并运行播放列表同时在两个显示器上, 通过单击播放, 从第一个匹配选择开始测试。
    请注意:焦点女性被允许观看两个虚拟刺激男性从气缸内约2.5 分钟。
  4. 在定时器达到02:30 分钟之前, 慢慢地进入实验槽, 并通过轻轻地将其直接从水中抬起,例如在02:30 分钟时, 从气缸中释放焦点女性。
    请注意:在这里, 确切的时间取决于从操作计算机到测试槽的距离, 应在以前的测试运行过程中确定。关键是要缓慢而温和地行动, 以避免给鱼带来压力。由于鱼的作用可能非常快, 建议在释放雌性的同时, 已经有一个秒表, 直接开始测量联想时间 (见步骤 6.1)。
  5. 返回到运行的计算机。观察焦点女性, 并有两个秒表在手测量与每个虚拟刺激男性的联系时间 (见步骤 6.1)。
    请注意:焦点女性可以自由游泳, 并在两个男性之间选择5分钟。
  6. 当计时器达到07:30 分钟时, 停止测量关联时间。暂停条目将运行 1.5分钟. 使用暂停作为处理时间, 再次将焦点女性放置在气缸内, 并在数据表上记下每个虚拟男性的时间。
    请注意:暂停后, 第二个07:30 分钟的入门将开始, 焦点女性可以观看两个男性02:30。男性位置现在在左、右之间切换, 以控制焦点女性可能的侧向偏置 (见步骤 6.3)。
  7. 在计时器达到 11: 30分钟之前, 从气缸中释放焦点女性。测量接下来5分钟的关联时间。
  8. 当定时器达到16:30 时停止测量关联时间。暂停条目将运行 1分钟. 使用此处理时间将焦点女性放置在气缸内。
  9. 记下第二个测量的关联时间。对于每个男性, 总结第一个择偶测试的两个一半的协会时间 (在男性之前和之后被交换)。计算焦点女性是否有侧向偏差, 以及哪种男性更喜欢女性焦点 (见步骤6.1 至 6.3)。
    请注意:如果在计算完成之前完成了暂停, 则没有问题, 因为继续执行下一步需要播放列表才能到达其末尾并停止。
  10. 重新排列播放列表 (不要关闭fishplay!), 如图 5所示 (取决于当前的处理), 以便在观察期间单独激活以前喜欢的男性和以前的非首选男性将与虚拟模特女性一起动画。
    请注意:对播放列表所做的更改对焦点女性不可见。
  11. 单击 "播放"继续实验的第二部分, 从10分钟的观察周期开始, 将从上到下重播条目。
    请注意:在观察期间, 焦点女性仍留在气缸内, 但能够观看这两个演示文稿。
  12. 观察期结束后, 暂停0.5分钟开始。在计时器达到10:30 分钟之前, 从气缸中释放焦点母粒, 并开始第二次择偶测试, 每个男性的5分钟记录。测量接下来5分钟的关联时间。
  13. 当计时器达到 15: 30分钟时停止测量关联时间。暂停条目将运行 1.5分钟, 将焦点母瓶内放置, 并记下每个虚拟男性的测量时间。
    请注意:暂停后, 接下来的 7:30 0分钟进入将开始, 焦点女性可以观看两个男性 (其位置已在左、右之间切换) 2.5 分钟。
  14. 在定时器达到19:30 分钟之前, 从气缸中释放焦点女性, 并测量最后5分钟的关联时间。
  15. 当计时器达到24:30 分钟时停止测量关联时间, 并终止实验。写下两个虚拟男性的联想时间, 然后进行分析。

6. 数据测量

  1. 测量每个配偶选择测试的第一和第二部分 (在刺激之前和之后) 的关联时间, 当焦点女性被允许在两个男性之间进行选择时。
    请注意:当雌性越过线用头部和小肌限制选择区域时, 开始测量。当她的头部和小肌不在选择区域时, 停止测量。
  2. 总结在择偶测试的第一和第二部分为每个男性测量的协会时间, 并确定哪一个男性更喜欢。
    请注意:首选男性被确定为在择偶测试中, 焦点女性在这两个选择区域花费的时间超过 5 0%。为了进行分析, 联想时间往往被转化为偏好分数 (相对择偶值), 这被定义为焦点女性与男性在一起的时间除以她在择偶区与两个男性相处的时间。
  3. 计算焦点女性在第一次择偶测试中是否表现出侧向偏差, 并将有偏见的女性排除在最终分析之外。
    请注意:如果焦点女性在同一选择区花费了总时间的90% 以上 (第一次择偶测试的一半), 即使在男性位置切换之后, 也被认为是侧向的。然后, 她对男性的选择被认为是侧面有偏见, 审判被终止。
  4. 测量每个焦点女性的标准长度 (sl)。
    请注意:为了防止鱼在实验中受到压力, 在实验试验结束后总是进行测量。

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Representative Results

按照该协议, 我们使用fishsim创建虚拟帆船模体男性和女性的计算机动画。我们进一步使用工具链来呈现动画, 以便在二元选择的情况下活焦点女性, 根据协议图 1和步骤5中描述的实验过程执行 mcc 实验。

为了确定焦点女性是否复制了虚拟模型女性的选择 , 我们在实验中测量了每个男性的焦点女往时间。通常使用在每次处理的第一次和第二次择偶试验中获得的关联时间和选择一致性的控制来分析几个参数。如何分析数据并不与特定的统计测试联系在一起, 但可以通过各种方式 (例如,参数参数测试、重复测量方差分析、统计模型) 进行, 并可能取决于最终的数据结构。在数据分析中, 我们使用了 r 3.2.262。我们将实验中获得的原始数据以及用于分析的 r 代码上传到 figshare (doi:10.6084/m9.figshare.6792347)。

在目前的研究中, 我们创建了15个不同的虚拟模型女性与一个妊娠点治疗1和相同的15模型女性没有治疗点2。所有模型女性的虚拟标准长度 (sl) 为50毫米。在治疗1中, 所有女性的相对妊娠斑块面积为总体表面积的 4.7% (不包括鳍; 用 imagej v1.5 j8 测量)。此外, 我们还在择偶测试中创造了30个不同的虚拟刺激男性, 允许15种独特的男性刺激对。刺激雄性的虚拟 sl 在41-45 毫米之间。我们对每种治疗进行了15项试验, 并对选择一致性进行了控制。2014年, 我们在美国德克萨斯州科珀斯克里斯蒂附近的野马岛上, 共测试了55名野生病灶雌性后裔。所有的焦点女性都是成熟的成年人, 只接受过一次测试。由于测试过程中的技术问题, 两名女性不得不被排除在外。一名女性因压力而被排除在外, 因为她没有适应测试情况, 不敢进入这两个选择区。对焦点鱼侧向偏置的控制 (协议步骤 6.3) 要求我们进一步将7名雌性排除在最终分析之外, 因为它们在第一次择偶测试中存在侧向偏置。我们总共分析了 n = 15个焦点女性的每一种治疗和控制。焦距女性在治疗中的平均 sl 为 32±5 mm, 治疗2的平均 sl 为 3±5 mm, 在控制中为选择一致性而提供的 sl 为 33±3 mm。我们比较了标准长度 (sl) 的焦点女性跨治疗和控制使用 k时uskal wallis 等级和测试的独立数据显示, sl 没有区别之间的处理和控制 (kuskal wallis 等级和测试: n = 45, df = 2, 2= 0.329, p = 0.848)。

mcc 实验中测量的最重要参数是每个男性的焦点女性关联时间 (协议步骤 6.1)。联想时间是衡量鱼类中 63年、64年、65岁、66岁的雌性配偶偏好的间接指标, 也是在没有直接接触的情况下确定旗鳍配偶选择的既定措施提供了 12,48,61,67, 68.对于每一种治疗和控制, 我们首先利用关联时间来分析择偶测试之间的选择动机是否不同。选择动机的定义是在择偶测试中, 焦点女性在这两个选择区域度过的总时间。然而, 选择动机的改变不一定反映对这两名男性的偏好的变化。如果两种择偶测试之间的选择动机有显著差异, 则必须使用偏好分数而不是绝对关联时间, 以便进一步分析, 确保治疗方法内部和治疗之间的可比性 (见协议步骤 6.2)).在我们的研究中, 在观察与男性发生性行为的虚拟模型女性之前和之后, 重点女性的选择动机在治疗 1 (wilcoxon 签名等级测试: n = 15, v = 44, p = 0.379) 和控制选择一致性 (wilcoxon 签署了等级测试: n = 15, v = 42, p = 0.33)。然而, 在观察到一个没有妊娠点的虚拟模型女性在治疗中与男性发生性关系后, 选择动机明显较高 2 (wilcoxon 签署了等级测试: n = 15, v = 22, p = 0.03)。

mcc 是否发生的最重要决定因素是, 从第一次到第二次择偶测试 22, 先前的非首选男性的时间时间/偏好得分显著增加。转移到自然的情况下 , 与以前的非首选男性度过的时间增加 , 从而增加了女性与该男配的概率。因此, 主要分析比较了两个择偶测试之间先前非首选男性的绝对时间或偏好分数。这种分析必须对每一种治疗和控制分别进行。由于在我们的研究中, 治疗2中的选择动机不同, 我们使用了最初非首选刺激男性的偏好分数, 而不是绝对的关联时间, 以确定这些分数在首选和第二匹配选择之间是否发生了变化与缺乏公共信息的控制处理相比, 测试提供公共信息的时间。

为此, 我们将线性混合效应 (lme) 模型与 "nlme" 包69中的 lme 函数拟合为线性混合效应 (lme) 模型,并以先前的非首选男性 (pref _ np) 为因变量的首选分数。我们包括择偶试验 (mtest: m1, m2) 和治疗 (治疗: 斑点, 无斑点, 控制) 作为固定因素, 以及焦点女性的标准长度 (sl) 作为一个协变。为了说明重复措施的设计, 将焦点女性身份 (id) 列为随机因素。我们特别感兴趣的是, 不同处理方法的择偶试验效果是否不同;因此, 我们在模型中包括了择偶测试和治疗之间的相互作用。我们使用函数对比70对 "治疗" 进行了两次正交比较.我们将模型 (1) 的对比设置为比较观察过程中出现任何虚拟模型女性的所有治疗均值的控制 [控制 & gt; & gt; (点, 无斑点)], 以及 (2) 比较显示虚拟模型女性的治疗方法。现场对没有斑点 (点 & gt; & gt; 没有点)。一个因子相对于拟合值的标准化残差图显示了 "mtest" 残差的异方差。因此, 我们使用 lme 函数的varident类包括一个权重函数, 以允许每个级别的 "mtest"71,72的不同方差。我们使用 r 包 ' phia '73进行后临时分析与霍尔姆-邦费罗尼纠正重要的相互作用术语。我们在视觉上检查了所有模型的模型假设 (q q 图、残差、相对于拟合值的残差)。我们进一步比较了残差的分布与正态分布使用沙皮罗-威尔克的正态性测试。如果 p ≤0.05, 给定的 p 值被认为是显著的。

图 7a和表1和表 2给出了这一分析的结果。我们发现 m2 与对比度 "[控制 & gt; & gt; (点, 无斑点)]" 之间的显著交互, 以获得先前非首选男性的偏好分数 (lme:df = 42, t =-2.74, p = 0.009)。然而, 偏好分数不受焦点女性 sl 的影响。对相互作用项的进一步事后分析显示, 在治疗1中, 在 m2 中, 先前的非首选男性的偏好分数有显著差异 (部位: df = 1, 2 = 30.86, p & lt; 0.001) 和治疗 2 (无斑点: df = 1, 2 =19.957, p & lt; 0.001), 但不用于控制 (2测试: df = 1, 2 = 2.47, p= 0.097)。在这里, 我们的研究结果表明, 正如 mcc 所预测的, 在向焦点雌性进行虚拟模型雌性的模拟配偶选择后, 先前非首选虚拟男性的偏好得分从 m1 显著上升到 m2。我们在这两种治疗方法中都发现了这种效果, 但在选择一致性的控制中却没有发现这种效果。相反, 在观察期间没有模型雌性的对照中, 焦点雌性在男性的择偶选择上是一致的。

因素 降低 估计 上 硒 Df t 值 p 值
(拦截) 0.046 0.339 0.632 0.145 42 2, 336 0.024
m2 0.207 0.296 0.384 0.044 42 6.750 & lt; 0.001
控制→ (点, 无点) -0.041 -0.012 0.017 0.014 41 -0.852 0。4
现货→无现货 -0.093 -0.043 0.008 0.025 41 -1, 715 0.094
Sl -0.012 -0.003 0.006 0.004 41 -0.747 0.459
m2 x [控制→ (点, 无点)] -0.148 -0.085 -0.023 0.031 42 -2743 0.009
m2 x (点→无点) -0.067 0.042 0.15 0.054 42 0.777 0.441

表1。lme 估计对先前非首选虚拟男性偏好分数的影响。以往非首选虚拟男性刺激的偏好得分始终是因变量。给出的是估计±标准误差和较低的置信区间, 自由度, t 值和 p 值的每个固定因子。拦截估计代表了所有治疗的主要平均值。对处理方法进行了正交比较。如果在括号中组合处理, 则在比较中使用这些处理的平均值。因子 "m2" 的截距引用类别为 "m1"。重要 p 值 (p & lt; 0.05) 以粗体打印。m1 = 第一次择偶测试, m2 = 第二次择偶测试, sl = 焦点女性的标准长度。90次观察与 n = 15 焦点女性每次治疗。

随机因素 方差 Sd
id (拦截) 1.464x10-10 1.21x10-5
残余 1.859x10-2 0.1364

表2。用于焦点女性 id 的 lme 方差分量。给出了随机效应 "局位女性 id" 和残差的方差和标准偏差。

Figure 7
图 7: 虚拟 mcc 实验的结果操纵模型女性的质量的视觉缺失或存在的妊娠点。(a) m1 和 m2 中 (先前) 非首选虚拟刺激男性的偏好得分, 用于治疗和控制。(b)在治疗和控制中, 将以前的非首选虚拟男性的偏好从 m1 改为 m2 (复制分数)。虚线表示偏好没有变化, 正值显示偏好的增加, 负值显示偏好的减少。a 和 b 中的灰点描绘了每个焦点女性的原始数据。(c)每个处理和控制在 m2 中选择的匹配反转次数。m1 = 第一次择偶测试, m2 = 第二次择偶测试, ns = 不显著, * = p & lt; 0.05, * * = p & lt; 0.01, * * = p & lt; 0.001。n = 15 用于治疗和控制。请点击这里查看此图的较大版本.

为了获得更多关于复制效果是否可能或多或少强取决于各自的处理, 比较复制分数和不同处理和对照之间的匹配选择反转次数进行。因此, 我们进一步分析了以前非首选男性的复制分数是否在不同的治疗过程中有所不同。男性的复制分数描述了从第一次到第二次择偶测试, 女性对男性偏好的变化。复制分数是由男性在第二次择偶测试中的偏好分数减去第一次择偶测试中同一男性的分数来定义的。复制分数范围在-1 和 + 1 之间, 可以是正值或负值, 其中负值描述偏好减少, 正值描述该男性偏好的增加。在这里, 我们以复制分数 (拷贝 _ np) 为因变量, 处理为固定因子, 以焦点女性 sl 为协变, 以焦点女性斑点区域为随机因子。在这里, 我们对 "治疗" 进行了同样的两个正交比较, 如上文所述。

如 图 7b和表3和表4所示, 我们发现, 与对照组相比, 在使用虚拟模型女性的治疗中, 以前的非首选男性的复制分数明显高于对照组 (lme:df = 20, t =-2.833, p = 0.01), 但没有显著的复制分数治疗之间的差异 (lme:df = 20, t = 0.618, p = 0.544)。复制分数不受焦点女性 sl 的影响。

固定因素 降低 估计 上 硒 Df t 值 p 值
(拦截) -0.889 -0.081 0.727 0.389 21 -0.208 0.837
控制→ (点, 无点) -0.153 -0.088 -0.023 0.031 20 -2.833 0.01
现货→无现货 -0.079 0.033 0.146 0.054 20 0.618 0.544
Sl -0.013 0.011 0.035 0.011 20 0.991 0.333

表3。lme 估计对以前非首选虚拟男性复制分数的影响。复制以前非首选的虚拟男性刺激的分数是整个过程中的因变量。给出的是估计±标准误差和较低的置信区间, 自由度, t 值和 p 值的每个固定因子。拦截估计代表了所有治疗的主要平均值。对处理方法进行了正交比较。如果在括号中组合处理, 则在比较中使用这些处理的平均值。显著 p 值 (p ≤0.05) 以粗体打印。sl = 焦点女性的标准长度。45次观察, n = 每次治疗15名重点女性。

随机因素 方差 Sd
点 _ 区域 (拦截) 0.028 0.166
残余 0.075 0.275

表4。用于焦点女性点区域的 lme 方差分量。给出了随机效应 "点 _ 面积" 和残差的方差和标准偏差。

此外, 我们还测试了在 m2 中逆转其最初配偶偏好的焦点雌性的数量是否因治疗而异。匹配选择反转的定义是, 从第一次选择测试到第二次择偶测试, 男性的偏好是否有变化 (从不到50% 到50% 的时间)。择偶反转被计算为 "是" (对男性的偏好已更改) 或 "否" (对男性的偏好没有改变)。在这里, 我们使用 r 包 "rvaideemoire"75进行了一个后临时的配对 g 测试, 并对多个测试进行了校正。如图7c 所示, 15名焦点女性中有11人在治疗中改变了配偶选择 1, 10 例女性在治疗中改变了配偶选择2。另一方面, 在控件中只观察到两个反转。因此, 在两次治疗中, 扭转最初择偶倾向于 m2 中先前非首选男性的焦点雌性的数量明显大于对照 (后选择性配对 g-试验: 点对对照, p = 0.002; 没有斑点与控制, p = 0.003), 但治疗1和2之间没有明显的差异 (后自对 g-测试: 点与无点, p = 0.69)。

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Discussion

此前, 旗鳍莫莉女性的妊娠部位被描述为针对男性 59,60岁的生育广告。到目前为止, 妊娠点是否也可以在择偶的背景下为特定女性提供信息, 目前还没有经过测试。在本案例研究中, 我们调查了妊娠点作为在 mcc 背景下观察特定女性的公共信息来源的潜在作用。我们的研究表明, 在决定将虚拟模特女性的伴侣选择复制为虚拟男性时, 妊娠点似乎并不是活体女性模特品质的标志。焦点女性复制了虚拟模特女性对先前非首选虚拟女性的选择, 无论模特女性是否有妊娠点。我们发现, 复制分数没有差异, 这两种治疗方法之间的择偶逆转次数也没有差异, 这表明无论模特女性是否有妊娠部位, 复制效果也同样强烈。当控制中没有提供公共信息 (没有模范女性存在) 时, 重点女性在择偶方面是一致的。这支持了治疗中观察到的偏好变化可以用虚拟模特女性的存在来解释, 为复制他人的伴侣选择提供了足够的公共信息。

尽管妊娠斑的一般存在和程度被认为与女性生殖周期有关, 但该部位在分娩前最大, 在分娩60后最小或不存在, 系统的视觉观察个别女性妊娠斑点的发育仍然缺失。此外, 妊娠斑大小的变化可以是高的个别女性与斑点也完全不存在于成熟, 妊娠女性60.尽管旗鳍小不过雌性在分娩后的短时间内最容易接受, 但它们能够将精子储存几个月, 持续几个月.因此, 女性应该永远为最优质的伴侣选择。关于 mcc 的案例研究和测试假设, 我们的结论是, 妊娠点可能不是一个有效的指标模型女性质量观察锥形女性。关于观察女性可能获得的模型女性生殖状态的信息, 在决定是否复制她的选择时似乎并不重要, 至少在水手中是如此。

值得注意的是, 我们的研究展示了一个高度标准化的程序, 用于使用计算机动画鱼对 mcc 实验中提供的公共信息进行视觉操作。与本森77 的早期研究不同的是, 本森 77 (benson 77) 给活鱼注射了纹身油墨来操纵妊娠部位, 我们的方法为视觉操作提供了一种完全非侵入性的替代方法。我们详细介绍了如何创建和动画虚拟帆船模具在fishsim的程序。我们进一步展示了如何利用计算机动画来采用经典的 mcc 实验与虚拟鱼的实验程序, 在二元选择的情况下, 向活体测试鱼的演示。

按照该协议, 我们确定了几个需要特别注意的关键步骤, 以确保正确处理我们的工具链并使实验成功。由于计算机动画是使用计算机和显示设备 (如计算机监视器) 创建和呈现的, 因此技术设备应始终足够好, 以确保对一般工作流程进行顺利处理, 最重要的是, 应确保播放动画 (步骤2、3和 5)。当使用两个或多个监视器来表示刺激时, 它们的技术规格应该是相同的。使用我们的软件时, 设置的监视器分辨率应始终是演示文稿监视器的分辨率 (请参阅步骤 1.2.1)。设置场景 (步骤 1.2.) 以及虚拟刺激的设计 (步骤1.3 和 1.4.) 和动画 (步骤 2) 应始终在以后用于实验期间刺激演示的监视器上完成, 以确保正确的尺寸。

在本协议中, 我们将重点放在创建一组鱼类刺激 (步骤1.3 和 1.4) 的必要步骤上, 以便在一次试验中使用 (步骤 5)。在这里, 我们要指出, 重要的是要创建几种不同的鱼刺激和动画, 以解释伪复制15,78, 79,这影响了可能的解释数据在实验中获得的。有了我们的工具链, 很容易创建各种鱼类刺激, 为每个实验试验提供了使用一组独特的刺激的可能性。总体而言, 所需刺激的总数取决于每种治疗的预期样本规模 (关于我们案例研究的信息, 请参见 "代表性结果" 一节)。

通过我们的工具链, 我们希望通过使用视频游戏控制器 (步骤 2) 提供快速且易于创建的动画过程。因此, 虚拟鱼的一般游泳行为是自动生成的, 其基础是游泳现场帆船摩尔80的视频.游泳行为 (包括鱼翅和性腺的运动), 因此, 调整到使用与虚拟刺激的旗鳍霉菌, 特别是和一般的活鱼。除了活鱼外, 一个额外的模板为三刺粘带提供了额外的功能, 特定物种的运动, 如提高/降低背侧和腹侧刺。

目前由我们的工具链提供的动画功能可能不足以满足每一种行为模式和鱼类物种。然而, 这取决于用户, 取决于经过测试的研究问题。此外, 动画与 fish转向(步骤 2) 需要事先进行一些练习, 以习惯游戏控制器的功能。因此, 动画过程可能是协议中最耗时的步骤。这里可以使用不同品牌的控制器, 但功能可能并不那么流畅, 按钮功能 (如用户手册中所示) 可能不同或完全不存在。在动画过程中, 一次只能对虚拟刺激的一个特征 (例如位置、鳍、促性腺激素) 进行动画处理。首先, 游泳运动 (位置) 和之后的附加功能 (如鳍) 可以独立添加。我们建议分别保存每个步骤。这样做的好处是, 用户可以返回到动画的早期版本来更改特定功能, 例如保持游泳路径不变, 但与以前的版本相比, 改变背鳍运动。特别是在对多个鱼进行动画处理时 (步骤 2.2), 鱼刺激的动画顺序非常重要, 需要事先确定。在这里, 参考被测试物种的生物学可能是有帮助的。在我们的案例研究中, 我们模拟了旗鳍磨牙的求爱行为, 其中男性一般跟随女性81。因此, 我们首先创造了虚拟女性的游泳路径, 并通过跟随女性为虚拟男性增加了路径。

在运行实验过程 (第5步) 时, 时间是实验成功的关键。我们在协议 (第5步) 中提到的时间-持续时间来自于以前对旗鳍模具的研究。他们应该被考虑作为建议, 并且没有义务为实验的普遍成功, 但然而, 在做法期间应该严密跟随。适应时间可能因鱼类种类甚至个体而异, 一般应尽可能长的焦点鱼需要探索整个测试槽, 并适应新的环境。我们确定了实验过程训练运行中适当的暂停持续时间长度。暂停时间至少应与用汽缸捕捉鱼所需的时间相同, 以及步行往返测试槽和操作计算机以释放气缸中的鱼。在这里, 根据每个实验室的具体实验情况和被测试的鱼类物种, 时间可能会有所不同。在任何情况下, 实验者都可以通过在fishplayer中设置不同的时间来单独更改时间-持续时间 (请参见步骤 3.1)。3.) 或通过创建长度不同的动画序列 (请参阅步骤 2.1)。

实验人员可以通过实现自动跟踪系统, 提高每个择偶测试的关联时间测量, 但需要能够进行实时跟踪。在这里, 我们还想指出, 在遵循 mcc 测试过程时, 不可能有一个盲目的观察者, 因此也不可能有盲目的分析。由于实验者在测试前无法知道焦点女性更喜欢哪种虚拟男性刺激, 因此他或她需要知道焦点鱼的选择, 以相应地重新排列动画序列的顺序 (见步骤3.2 和 5.10)。

我们这里描述的协议是特定于我们的研究设计 mcc 在帆船模具。但是, 工具链也可以与其他实验设计结合使用, 最多可使用四个监视器进行演示。一般来说, 计算机动画工具提供了各种各样的解决方案, 利用人工视觉刺激, 研究有关鱼类行为的各种问题, 如配偶选择、浅滩决定或捕食者-猎物检测。在实验 2、15中使用计算机动画之前, 应仔细评估在动物行为研究中使用计算机动画的一般技术和概念考虑。最重要的决定, 是否可以在研究中实施计算机动画方法, 研究被测试的鱼类物种的视觉能力, 以及它是否对显示器屏幕上显示的虚拟刺激做出自然反应。特别是, 在测试颜色方面的效果时, 应该注意的是, 监视器屏幕仅将颜色描述为 rgb 值, 这可能会阻碍或限制研究的可能性, 尽管 rgb 颜色输出确实可以调整82。对于一些鱼类来说, 一个限制肯定是, 显示器不发出紫外线波长, 或者另一方面, 某些显示器类型高度极化, 这可能是对偏振光敏感的限制, 例如在伴侣选择83。因此, 在测试任何假设 2、12、15、84、85之前, 有必要验证所呈现的刺激作为计算机动画的有效性。

未来, 动物跟踪和行动识别的新发展可能使人们能够创建交互式虚拟刺激, 对活鱼做出实时反应, 并模拟相应的行为, 以极大地增加观察鱼类的真实感86. 由于基础 ros 的模块化, 如果用户具备足够的编程技能, 相机等外部设备可以集成到工具链中。首次成功的尝试表明, fishsim 通常可以通过三维实时跟踪系统87、88、89的扩展来模拟交互式虚拟鱼类刺激。在科学传播活动 "莫莉最了解" (https://virtualfishproject.wixsite.com/em2016-fisch-orakel) 期间, 我们能够证明虚拟鱼可以被编程来跟踪屏幕上的活焦点鱼, 并进行求爱行为根据预定义的算法。此外, 这种实时跟踪系统可以用来自动测量关联时间, 以增强实验过程。此功能尚未包含在当前版本的fishsim中, 但需视未来发展情况而定。

总之, 在动物行为研究中使用计算机动画是一种很有前途的方法, 而传统的方法需要侵入性治疗活体动物来操纵视觉特征或行为模式的表达。与使用活测试鱼相比, 操作计算机动画可以实现高度的控制和标准化, 特别是因为它还提供了操作行为的解决方案, 而这些行为在活鱼中是非常有限甚至不可能的。此外, 根据3r 原则和类似的研究和教学指南, 这种技术有可能 "减少" 和"取代" 活体测试动物, 并 "提炼" 实验在研究程序。

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

这项工作得到了德国 dfg (wi 1531 至 kw 和 sg 以及 ku 689\ 11-1 至 kdk、km 和 jmh) 的支持。我们衷心感谢 daad rise 德国项目提供并组织了 sg 和 db 之间的本科研究实习 (funing-id:57346313)。我们感谢 mitacs 为 db 提供了 RISE-Globalink 研究实习奖 (fr21213)。我们恳请你邀请我们向 jove 的读者和 alisha dsouza 以及三位匿名评论家介绍 fishsim, 感谢他们对以前版本的手稿的宝贵评论。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hardware
2x 19" Belinea LCD displays Belinea GmbH, Germany Model 1970 S1-P 1280 x 1024 pixels resolution
1x 24" Fujitsu LCD display Fujitsu Technology Solutions GmbH, Germany Model B24-8 TS Pro 1920 x 1080 pixels resolution
Computer Intel Core 2 Quad CPU Q9400 @ 2.66GHz x 4, GeForce GTX 750 Ti/PCIe/SSE2, 7.8 GiB memory, 64-bit, 1TB; keyboard and mouse
SONY Playstation 3 Wireless Controller Sony Computer Entertainment Inc., Japan Model No. CECHZC2E USB-cable for connection to computer
Glass aquarium 100 cm x 40 cm x 40 cm (L x H x W)
Plexiglass cylinder custom-made 49.5 cm height, 0.5 cm thickness, 12 cm diameter; eight small holes (approx. 5 mm diameter) drillt close to the end of the cylinder lower the amount of water disturbance while releasing the fish
Gravel
2x OSRAM L58W/965 OSRAM GmbH, Germany Illumination of the experimental setup
2x Stopwatches
Name Company Catalog Number Comments
Software
ubuntu 16.04 LTS Computer operating system; Download from: https://www.ubuntu.com/
FishSim Animation Toolchain v.0.9 Software download and user manual (PDF) from: https://bitbucket.org/EZLS/fish_animation_toolchain
GIMP Gnu Image Manipulation Program (version 2.8.22) Download from: https://www.gimp.org/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Witte, K., Gierszewski, S., Chouinard-Thuly, L. Virtual is the new reality. Current Zoology. 63 (1), 1-4 (2017).
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