Prueba de sensibilidad visual a la velocidad y dirección del movimiento en lagartos
14 de diciembre de 2006
Pruebas de sensibilidad visual de las lagartijas con un paradigma de condicionamiento operante que utiliza la reproducción de vídeo de puntos aleatorios kinematograms e invertebrados generadas por ordenador.
Hola, soy Kevin Wu del Centro para el Estudio Integrativo del Comportamiento Animal de la Universidad Macquarie aquí en Sídney, Australia. En este artículo basado en video, voy a hablar sobre la evaluación de la sensibilidad al movimiento en lagartos. Y cuando hablo de evaluar la sensibilidad al movimiento, me refiero a utilizar un paradigma de condicionamiento operante.
Y cuando hablo de condicionamiento clásico e instrumental, me refiero a cuando se toma a un sujeto, animal o humano, y se le enseñan las características de un objeto con el que se espera que aprenda y responda adecuadamente cuando se presente dicho objeto, con la esperanza de que dicha respuesta sea reforzada. Ahora bien, el condicionamiento en general nos permite comprender dos aspectos: primero, nos permite entender la capacidad sensorial de aprendizaje y memoria, y segundo, nos permite comprender la capacidad sensorial del individuo o especie particular en cuestión.
Ahora probar la sensibilidad al movimiento, el aprendizaje y la memoria en lagartos ha sido bastante difícil, en gran medida porque existen ciertos parámetros que han resultado difíciles de descubrir. Uno de ellos es que los lagartos son notoriamente difíciles de entrenar mediante un sistema motivacional específico, así como de encontrar el refuerzo adecuado para mantenerlos interesados en las tareas que deben realizar. Aquí vamos a utilizar el lagarto Jacky como especie modelo para evaluar tanto el aprendizaje y la memoria como, especialmente, la sensibilidad al movimiento. Los lagartos Jacky son una especie nativa de Australia, del género *Amphibolurus*, altamente crípticos pero activos durante el día, y se caracterizan por exhibiciones visuales altamente estereotipadas que utilizan para la comunicación social.
Y observo exhibiciones visuales que hacen que esta especie en particular sea bastante visual. Entonces, lo que vamos a demostrar en este video es que no solo los dragones de Jackie pueden aprender y recordar ciertas cosas, sino que también tienen un nivel bastante alto de sensibilidad. Además, espero demostrar que la lagartija de Jackie también puede utilizarse o servir como especie modelo para otras tareas específicas.
Como se ha visto anteriormente, los gramas aleatorios son altamente salinos y estimulan el sistema visual. No provocan reconocimiento, no se asemejan a nada biológicamente significativo y constituyen una técnica clásica de psicofísica tanto en la percepción humana como animal. Y cuando hablamos de psicofísica, en realidad nos referimos a comprender las características o propiedades de un sonido o de un objeto.
Las respuestas de un sujeto o participante animal nos permiten comprender los umbrales a partir de los cuales estas características particulares son oídas o vistas, lo que nos brinda una idea sobre la percepción sensorial de estos organismos. A continuación, un ejemplo de lo que puede hacer VPX. En este ejemplo, tenemos un círculo interno con puntos que se acercan al primer plano, mientras que en el fondo hay puntos aleatorios.
V PPIC X permite crear una serie de ilusiones diferentes para probar distintas características de la percepción sensorial. Además de estas características, permite controlar aspectos como la coherencia, que es la dirección del movimiento, así como la velocidad de estos puntos. Final Cut Pro es un programa de edición de video disponible de Apple.
Existen tres partes principales en Final Cut Pro. En el lienzo es donde se visualiza la secuencia mientras se está creando. La línea de tiempo es donde se colocan cada parte de la secuencia o cada segmento, y permite verla tal como está, tal como indica una línea de tiempo, y el bin permite almacenar múltiples secuencias o colocar las secuencias en la línea de tiempo.
Todas las secuencias de puntos se completan utilizando Final Cut Pro. Todas las secuencias diseñadas inicialmente en VIX se importan al bin. En la vista del lienzo se puede ver un ejemplo de cómo se formulan los puntos.
Sin embargo, todos los puntos se construyen utilizando la línea de tiempo. Aquí puede observar que nuestro ejemplo muestra inicialmente 2,5 segundos de coherencia del 0 %, seguidos por cinco segundos del estímulo variable y, finalmente, 7,5 segundos de coherencia del cien por ciento. Ahora verá ejemplos con distintas velocidades y coherencias de los puntos.
La velocidad se mide nuevamente en grados por segundo, y la coherencia es el porcentaje de puntos que se mueven en dirección izquierda o derecha. Este es un ejemplo de una secuencia de puntos completada. Todos los puntos aquí se mueven a 10 grados por segundo.
Inicialmente se muestran 2,5 segundos con coherencia del 0 %. En este ejemplo, en la etapa variable, el 40 % de los puntos se moverán en dirección izquierda durante los próximos cinco segundos. A continuación, seguirán 7,5 segundos con coherencia del cien por ciento en dirección izquierda.
La secuencia total es de 15 segundos. Nuestra configuración consistió en tres equipos de reproducción de video. En el monitor central se mostraban los cinemagramas de puntos aleatorios.
En los monitores adyacentes es donde se mostrarían los refuerzos secundarios una vez que el sujeto realiza una elección correcta. El IMAX que se ve aquí en el lado derecho almacenaba todos los clips de video en las pantallas. La cámara, que estaba situada encima del área de prueba, grababa y registraba el video, el cual se veía en una pantalla de visor y en un VCR.
Todas las secuencias digitales se convirtieron de analógico utilizando una caja de cannabis. Los refuerzos secundarios se crearon usando la versión 8.3 del diseño de LightWave. LightWave es una herramienta de animación 3D que nos permite construir escenas en las cuales se crean estas animaciones.
Existen dos características particulares en la disposición de las ondas luminosas. La primera es una cámara y el lugar donde puede verse el objeto; la segunda es la luz, y estas luces iluminarán la zona en la que se observa el objeto. Seleccionamos tres invertebrados animados para utilizarlos como refuerzo secundario.
Estos eran grillos, ácaros y arañas. Estos invertebrados eran bastante similares a lo que estos sujetos verían en la naturaleza. Los movimientos de estos invertebrados también se imitaron a partir de movimientos realistas, filmados y registrados utilizando una videocámara digital.
Esta es nuestra configuración básica de prueba. El círculo rojo identifica a nuestro sujeto. Inicialmente, el sujeto verá durante 2.5 segundos un estímulo de coherencia 0 % en la pantalla frente a él.
Después de 2,5 segundos con una coherencia del 0 %, se mostrarán al sujeto cinco segundos en los que la velocidad y la coherencia de los puntos variarán. Es durante este período crítico de cinco segundos cuando el sujeto debe seleccionar cualquiera de los monitores, izquierdo o derecho. En función de las variaciones en estas características visuales, la capacidad para seleccionar el monitor correcto nos proporciona una comprensión de su capacidad sensorial.
En este ejemplo, se espera que los sujetos vayan al monitor izquierdo cuando los puntos se mueven al cien por ciento. Durante este período, se espera entonces que el sujeto utilice la información obtenida de los puntos en movimiento y se desplace hacia el monitor izquierdo. Dentro del período crítico de cinco segundos, nuestro sujeto debería seleccionar el monitor adecuado.
En este caso, debería ser el monitor izquierdo. Luego, a los 7,5 segundos, si el sujeto ha seleccionado el monitor adecuado, se le presentará un reforzador secundario, y en este caso, nuestro reforzador secundario es un invertebrado cibernético. En la siguiente sección, verá entonces la finalización de cómo se ve un ensayo real.
Los primeros intentos de establecer este procedimiento como confiable fueron altamente infructuosos, y existen varias razones para ello. En primer lugar, no hubo refuerzos primarios. En segundo lugar, en lugar de invertebrados cibernéticos, se utilizaron imágenes de lagartos que mostraban exhibiciones sociales como refuerzo secundario.
Y en tercer lugar, que la duración de cada ensayo era demasiado larga. Cada uno de estos factores específicos impidió que los sujetos adquirieran realmente la contingencia y, de hecho, aumentó las exhibiciones aversivas entre los propios sujetos. Considero que estos son los factores que ahora se han eliminado, o cuando menos modificados, y que por lo tanto impedían que los sujetos adquirieran la contingencia.
Ahora hemos establecido un procedimiento exitoso, el cual en gran parte ha sido un proceso de ensayo y error, y aunque las Liz son notorias por ser bastante difíciles a la hora de establecer procedimientos de ópera particulares, este método ha resultado exitoso y bastante confiable. Por lo tanto, no solo podemos estudiar la comunicación visual y la sensibilidad visual en lagartijas Jackie, sino que es muy posible que podamos aplicar esta metodología a otras lagartijas y otras especies en gran medida. También podemos aplicar esta metodología a otros aspectos de la visión.
También podemos aplicar esto a otras modalidades sensoriales, como la audición, la quimiorrecepción y la percepción táctil.
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Descripción general
Este estudio investiga la sensibilidad visual en lagartos mediante un paradigma de condicionamiento operante. La metodología implica la reproducción de videos de cinematogramas de puntos aleatorios y de invertebrados generados por computadora para evaluar la sensibilidad al movimiento.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Comportamiento animal
- Percepción visual
Antecedentes
- Comprender la sensibilidad al movimiento es fundamental para entender el comportamiento animal.
- La condicionamiento operante es un método utilizado para enseñar a los animales a responder a estímulos.
- Este estudio se centra en lagartos, un grupo con capacidades visuales únicas.
- Las técnicas de reproducción de video pueden simular estímulos visuales del mundo real.
Objetivo del estudio
- Evaluar la sensibilidad al movimiento de los lagartos.
- Explorar las capacidades de aprendizaje y memoria de los lagartos mediante condicionamiento operante.
- Evaluar cómo responden los lagartos a estímulos visuales en un entorno controlado.
Métodos Utilizados
- Paradigma de condicionamiento operante para entrenar lagartos.
- Reproducción de videoclips de cinematogramas de puntos aleatorios.
- Uso de invertebrados generados por ordenador como estímulos visuales.
- Respuestas conductuales medidas para evaluar la sensibilidad.
Resultados principales
- Los lagartos mostraron diferentes niveles de sensibilidad al movimiento.
- Las respuestas a los estímulos visuales fueron consistentes con los principios del condicionamiento operante.
- Los hallazgos contribuyen a la comprensión de la percepción visual en los reptiles.
- Los resultados podrían orientar investigaciones futuras sobre el procesamiento sensorial en animales.
Conclusiones
- El estudio evaluó con éxito la sensibilidad visual en lagartos.
- El condicionamiento operante resultó efectivo para evaluar las capacidades sensoriales.
- Los conocimientos obtenidos pueden mejorar la comprensión del comportamiento y la cognición animal.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La evaluación cuantitativa de la sensibilidad visual a la velocidad y dirección del movimiento en lagartos proporciona un marco robusto para evaluar la función del sistema sensorial en modelos no mamíferos. Este paradigma operante permite pruebas de hipótesis precisas sobre umbrales sensoriales, apoyando la reducción de riesgos mecanicistas y la validación de objetivos en las fases iniciales del descubrimiento. El establecimiento de líneas base conductuales confiables en especies desafiantes amplía las opciones de modelos traslacionales para carteras de investigación neuroconductual y sensorial.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite una rigurosa evaluación de la función de las vías sensoriales y de los umbrales de respuesta conductual.
- Apoya la reducción de riesgos biológicos mediante el aislamiento de la capacidad sensorial y la capacidad de aprendizaje en modelos no tradicionales.
- Facilita la predicción confiable de la interacción con el objetivo y de las mediciones funcionales en la investigación neuroconductual.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Establece ensayos conductuales validados utilizando cinematogramas de puntos aleatorios para la medición cuantitativa de la sensibilidad al movimiento.
- Normaliza protocolos de condicionamiento operante para la evaluación reproducible de puntos finales dependientes de los sentidos.
- Prepara sistemas modelo robustos para la selección de compuestos posteriores dirigidos a vías sensoriales o cognitivas.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Amplía la continuidad traductiva al permitir la comparación entre especies de los mecanismos de procesamiento sensorial.
- Relaciona los resultados conductuales con posibles biomarcadores para la validación preclínica en neurofarmacología.
- Facilita el avance ajustado al riesgo de nuevos objetivos al proporcionar claridad mecanicista en sistemas no mamíferos.
Integración de la Línea de Producción y Flujo de Trabajo
Este paradigma de condicionamiento operante se integra en la continuidad del descubrimiento, desde la prueba inicial de hipótesis hasta la validación de modelos preclínicos, particularmente para objetivos sensoriales y neuroconductuales.
- Biología de Descubrimiento: Proporciona una plataforma para la prueba de hipótesis nulas sobre umbrales sensoriales y función de vías.
- Selección: Brinda resultados conductuales cuantitativos y reproducibles para evaluar la preparación de ensayos y la valoración de compuestos.
- Análisis: Permite la comparación estadística de mediciones de variables dependientes, como la precisión de la respuesta y la latencia.
- Investigación Translacional: Conecta las fases de descubrimiento y preclínica al facilitar la selección de modelos y la alineación de biomarcadores.
- Reutilización Empresarial: Ofrece un marco de pruebas conductuales reutilizable, adaptable a otras modalidades sensoriales y especies.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la validación de objetivos sensoriales.
- Valor operativo: Promueve la estandarización, reproducibilidad y escalabilidad de los ensayos conductuales.
- Valor estratégico: Orienta las decisiones de avance o interrupción y mejora la eficiencia del capital al aclarar tempranamente la idoneidad del modelo.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización y el avance ajustados al riesgo de programas neuroconductuales y sensoriales.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en neurociencia del comportamiento y técnicas de condicionamiento operante.
- Exige sistemas de reproducción de video, software de animación e infraestructura para análisis cuantitativo del comportamiento.
- Necesita la estandarización entre equipos de los parámetros del estímulo y los protocolos de refuerzo.
- Adaptable a otras especies y modalidades sensoriales con optimización del protocolo.
- Las limitaciones prácticas incluyen motivación específica de la especie y desafíos relacionados con el refuerzo, como se ha observado en modelos de lagartos.
