בדיקת רגישות חזותית על מהירות ועל כיוון התנועה של לטאות
14 בדצמבר 2006
בדיקת רגישות חזותית לטאות באמצעות פרדיגמה התניה אופרנטית המעסיקה וידאו השמעה אקראית של נקודה kinematograms ו ממוחשבת חסרי חוליות.
שלום, אני קווין וו מהמרכז למחקר אינטגרטיבי של התנהגות בעלי חיים באוניברסיטת מקווארי כאן בסידני, אוסטרליה. במאמר מבוסס-וידאו זה, אני אדבר על בדיקת רגישות לתנועה אצל לטאים. כאשר אני מדבר על בדיקת רגישות לתנועה, אני מתכוון לשימוש בפרדיגמה של התניה תפעולית.
וכשאני מדבר על התניה קלאסית, הכוונה היא למצב שבו לוקחים נבדק, בין אם זה בעל חיים או בן אדם, ומלמדים אותו את המאפיינים של אובייקט, כך שהנבדק ילמד להגיב בצורה הולמת כאשר האובייקט מוצג, במטרה לקבל חיזוק על תגובה זו. התניה קלאסית מאפשרת לנו בדרך כלל להבין שני דברים: ראשית, היא מאפשרת לנו להבין את היכולת או את המנגנון של למידה וזיכרון, ושנית, היא מאפשרת לנו להבין את היכולת החושית של אותו פרט או מין ספציפי.
בשלב זה, בדיקת רגישות לתנועה, למידה וזיכרון אצל כיריות הייתה קשה למדי, שכן היו פרמטרים מסוימים שהיה קשה לחשוף. אחד מהם הוא שהכיריות ידועות כבעייתיות ביצירת מערכת מוטיבציונית ספציפית, וכן במציאת הפיגור הנכון שישמור על עניינן במטלות הנדונות. כאן נשתמש בכיריה מהמין Jacky Lizard כמין מודל לבדיקת למידה וזיכרון, ובמיוחד רגישות לתנועה. כיריות מסוג Jacky Lizard הן מין אגמה מקומי לאוסטרליה, שהן קריפטיות מאוד אך פעילות במהלך היום, וניתן לאפיין אותן בתצוגות חזותיות סטריאוטיפיות מאוד המשמשות לתקשורת חברתית.
ואני רואה תצוגות חזותיות שהופכות את המין המסוים הזה לוויזואלי למדי. לכן, מה שנדגים בסרטון זה הוא שדרקוני ג'קי לא רק מסוגלים ללמוד ולזכור דברים מסוימים, אלא שיש להם רמת רגישות גבוהה למדי. בנוסף, אני מקווה להדגים שניתן להשתמש בדרקוני ג'קי גם כמין מודל למשימות ספציפיות אחרות.
כפי שנראה בעבר, גרמים אקראיים הם בעלי מליחות גבוהה ומעוררים את מערכת הראייה. הם אינם מעוררים זיהוי, אינם דומים לדבר בעל משמעות ביולוגית, וקיימות טכניקות פסיכופיזיקליות קלאסיות הן בתפיסה אנושית והן בתפיסה בעלילה. וכאשר אנו מדברים על פסיכופיזיקה, אנו למעשה מדברים על הבנת המאפיינים או התכונות של צליל או אובייקט.
תגובות של חיית ניסוי או משתתף מאפשרות לנו להבין מהם הספים שבהם מאפיינים ספציפיים אלו נשמעים או נראים, ובכך הן מעניקות לנו הבנה לגבי התפיסה החושית של אורגניזמים אלו. הנה דוגמה ליכולות של VPX. בדוגמה זו, יש לנו מעגל פנימי עם נקודות הנעות לעבר קדמת הבמה, אך ברקע ישנן נקודות אקראיות.
V PPIC X מאפשר לך ליצור סדרה של אשליות שונות שבאמצעותן ניתן לבחון מאפיינים שונים של תפיסה חושית. בנוסף למאפיינים אלו, הוא מאפשר לנו לשלוט בפרמטרים כגון קוהרנטיות, שהיא כיוון התנועה, וכן במהירותן של נקודות אלו. Final Cut Pro היא תוכנה לעריכת וידאו הזמינה מחברת Apple.
ל-Final Cut Pro יש שלושה חלקים עיקריים. על הקנבס (Canvas) ניתן לצפות ברצף (sequence) תוך כדי בנייתו. ציר הזמן (Timeline) הוא המקום שבו מניחים כל חלק של הרצף או כל סגמנט, וניתן לצפות בו כפי שהוא, כפי שמופיע בציר זמן, והסל (Bin) מאפשר אחסון של מספר רצפים או את הרצפים שיושמו בציר הזמן.
כל רצפי הנקודות הושלמו באמצעות Final Cut Pro. כל הרצפים שתוכננו בתחילה ב-VIX יובאו אל ה-bin. בתצוגת הקנבס ניתן לראות דוגמה לאופן גיבוש הנקודות.
עם זאת, כל הנקודות נבנות באמצעות ציר הזמן. לפיכך, ניתן לראות כאן בדוגמה שלנו 2.5 שניות של 0% coherence בתחילה, ולאחריהן חמישה שניות של גירוי משתנה, ולבסוף 7.5 שניות של מאה אחוזי coherence. כעת תראו דוגמאות של מהירות נקודות ו-coherence של נקודות משתנים.
המהירות נמדדת שוב במעלות לשנייה, והקוהורנציה (coherence) היא אחוז הנקודות הנעות לכיוון שמאל או ימין. זוהי דוגמה לרצף נקודות שלם. כל הנקודות כאן נעות במהירות של 10 מעלות לשנייה.
בתחילה מוצגות 2.5 שניות עם 0% coherence. בדוגמה זו, בשלב המשתנה, 40% מהנקודות יזוזו לכיוון שמאל למשך חמש השניות הבאות. לאחר מכן יבואו 7.5 שניות של מאה אחוזי coherence בתנועה לכיוון שמאל.
אורך הרצף הכולל הוא 15 שניות. המערך שלנו כלל שלושה מתקני השמעה של וידאו. על המסך המרכזי הוצגו מונוגרמות של תנועת נקודות אקראיות (random dot kin monograms).
במסכים הסמוכים יוצגו הכלכלולים המשניים ברגע שהנבדק יבצע בחירה נכונה. מערכת ה-IMAX הנראית כאן בצד ימין אחסנה את כל קטעי הווידאו המוצגים על המסכים. המצלמה, שהוצבה מעל זירת הבדיקה, הקליטה והקריסה את הווידאו, אשר נראה דרך עינית ובמכשיר VCR.
כל הרצפים הדיגיטליים הומרו מאנלוגיים באמצעות קופסת קנאביס. חיזוקים משניים נוצרו באמצעות LightWave layout גרסה 8.3. LightWave הוא כלי אנימציה בתלת-ממד המאפשר לנו לבנות סצנות שבהן נוצרות אנימציות אלו.
לפריסת גלי האור ישנם שני מאפיינים ספציפיים. הראשון הוא מצלמה שדרכה ניתן לראות את האובייקט, והשני הוא תאורה, כאשר אור או אורות אלו יאירים את האזור שבו נראה האובייקט. בחרנו שלושה חסרי חולחול מונפשים כדי לשמש כחיזוקים משניים.
אלו היו גהון, קרצית ועכביש. חרישומים אלו היו דומים למדי למה שהנבדקים היו רואים בטבע. תנועותיהם של חרישומים אלו חוקו אף הן לאחר תנועות ריאליסטיות, שצולמו והוקלטו באמצעות מצלמה דיגיטלית.
זהו מערך הבדיקות הבסיסי שלנו. העיגול האדום מסמן את הנבדק. בתחילה, הנבדק יראה על המסך שלפניו 2.5 שניות של 0% coherence.
לאחר 2.5 שניות של 0% coherence, יוצגו לנבדק חמש שניות שבהן מהירות הנקודות וה-coherence ישתנו. במהלך תקופה קריטית זו של חמש שניות, הנבדק אמור לבחור במסך השמאלי או הימני. על סמך שינויים במאפיינים חזותיים אלו, היכולת לבחור במסך הנכון מספקת לנו הבנה של קיבולת החושים שלו.
בדוגמה זו, הנבדקים צפויים לפנות למסך השמאלי כאשר הנקודות נעות במאה אחוז. במהלך תקופה זו, הנבדק צפוי להשתמש במידע שנרכש מהנקודות הנעות ולנוע לעבר המסך השמאלי. בתוך תקופת הקריטיות בת חמש השניות, על הנבדק לבחור במסך המתאים.
במקרה זה, זה צריך להיות המסך השמאלי. לאחר מכן, בשנייה ה-7.5, אם הנבדק בחר במסך המתאים, יוצג לו מחזק משני, ובמקרה שלנו, המחזק המשני הוא חסר-חולית סייבר. בחלק הבא, תראו את השלמתו של ניסוי ממשי.
ניסיונות מוקדמים לביסוס הליך מהימן זה היו כשלונות גסים, ויש לכך מספר סיבות. ראשית, לא היו חיזוקים ראשוניים. שנית, במקום חסרי חוליות סייבר, נעשה שימוש בסרטוני לטאים המציגים תצוגות חברתיות כחיזוק משני.
ושלישית, שאורך כל ניסוי היה ארוך מדי. כל אחד מהגורמים הספציפיים הללו מנע מהנבדקים לרכוש בפועל את התניית הסמיכות (contingency) ולמעשה הגביר תגובות נמנעות (aversive displays) בין הנבדקים עצמם. אני מאמין כי גורמים אלו, שסולקו כעת או ששונהו, הם שאם לא היו מוסרים, היו מונעים מהנבדקים לרכוש את התניית הסמיכות.
כעת ביססנו פרוצדורה מוצלחת, שהייתה במידה רבה תהליך של ניסוי וטעייה, ואף על פי שכינוסית הליז (Liz) ידועה כקשה מאוד לביסוס פרוצדורות ניסוייות מסוימות, שיטה זו הייתה מוצלחת ואמינה למדי. לפיכך, לא רק שניתן לבחון תקשורת חזותית ורגישות חזותית אצל לטאים מסוג ג'קי, אלא סביר שנוכל להחיל מתודולוגיה זו על לטאים אחרים ועל מינים אחרים. כמו כן, נוכל להחיל מתודולוגיה זו על היבטים אחרים של הראייה.
ניתן להחיל זאת גם על מודליות תחושתיות אחרות, כגון שמיעה, קמיו-רצפציה ותפיסה טקטילית.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה בוחן את הרגישות החזותית של לטאים באמצעות פרדיגמה של התנייה אופרנטית. המתודולוגיה כוללת השמעה של סרטוני קינמטוגרמות של נקודות אקראיות ושל חסרי חולייתים שנוצרו במחשב, כדי להעריך את הרגישות לתנועה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- התנהגות בעלי חיים
- תפיסה חזותית
רקע
- הבנת הרגישות לתנועה היא חיונית להבנת התנהגות בעלי חיים.
- התניה אופרנטית היא שיטה המשמשת להוראת בעלי חיים להגיב לגירויים.
- מחקר זה מתמקד בלizards, קבוצה בעלת יכולות חזותיות ייחודיות.
- טכניקות של השמעת וידאו יכולות לדמות גירויים חזותיים מהעולם האמיתי.
מטרת המחקר
- לבדיקת הרגישות לתנועה של לטאות.
- לבחינת יכולות הלמידה והזיכרון של לטאות באמצעות התניה אופרנטית.
- להערכת האופן שבו לטאות מגיבות לגירויים חזותיים בסביבה מבוקרת.
שיטות במחקר
- פרדיגמת התניה אופרנטית לאילוף לטאים.
- השמעת וידאו של קינמטוגרמות של נקודות אקראיות.
- שימוש בבעלי חסרי חוליות הנוצרים במחשב כגירויים חזותיים.
- מדידת תגובות התנהגותיות להערכת רגישות.
תוצאות עיקריות
- לטאות הפגינו רמות משתנות של רגישות לתנועה.
- התגובות לגירויים חזותיים היו עקביות עם עקרונות ההתניה האופרנטית.
- הממצאים תורמים להבנת התפיסה החזותית בזוחלים.
- תוצאות אלו עשויות להנחות מחקרים עתידיים על עיבוד חושי בבעלי חיים.
מסקנות
- המחקר בחן בהצלחה את הרגישות החזותית בלizards.
- התניה אופרנטית הוכחה כיעילה להערכת יכולות חושיות.
- התובנות שנרכשו עשויות להעשיר את הידע על התנהגות וקוגניציה של בעלי חיים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הערכה כמותית של הרגישות הוויזואלית למהירות וכיוון תנועה בליגואים מספקת מסגרת חסונה להערכת תפקוד מערכות החושים במודלים שאינם יונקים. פרדיגמה אופרנטית זו מאפשרת בדיקה מדויקת של השערות סביב ספי רגישות, ובכך תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטיים ובתיקוף מטרות בשלבים מוקדמים של הגילוי. ביסוס קווי בסיס התנהגותיים אמינים במינים מאתגרים מרחיב את אפשרויות המודלים התרגומיים עבור פורטפוליים של מחקרים נוירו-התנהגותיים וחושיים.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה קפדנית של תפקוד נתיבים תחושתיים וספי תגובה התנהגותית.
- תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים על ידי בידוד היכולת התחושתית ויכולת הלמידה במודלים שאינם מסורתיים.
- מעניק ביטחון חיזוי במעורבות המטרה ובמדדים תפקודיים עבור מחקר נוירו-התנהגותי.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מבסס בדיקות התנהגותיות מתוקפות המשתמשות בקינמטוגרמות של נקודות אקראיות למדידה כמותית של רגישות לתנועה.
- מסטנדרט פרוטוקולי התניה אופרנטית להערכה הדירה של נקודות קצה תלויות-חוש.
- מכין מערכות מודל חסונות לסריקת תרכובות המשך המכוונת למסלולים תחושתיים או קוגניטיביים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מרחיב את הרצף התרגומי על ידי אפשור השוואה בין-מינית של מנגנוני עיבוד חושי.
- מסנכרן נקודות קצה התנהגותיות עם סמנים ביולוגיים פוטנציאליים לצורך תיקוף פרה-קליני בנוירופרמקולוגיה.
- תומך בקידום מותאם-סיכונים של מטרות חדשניות על ידי מתן בהירות מכניסטית במערכות שאינן יונקיות.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
פרדיגמה אופרנטית זו משתלבת ברצף הגילוי, החל מבדיקת השערות מוקדמת ועד לתיקוף של מודלים פרה-קליניים, ובמיוחד עבור יעדים תחושתיים ונוירו-התנהגותיים.
- ביולוגיה של גילוי: מספקת פלטפורמה לבדיקת השערת האפס של ספי thresholds חושית ותפקוד מסלולים.
- סריקה: מספקת תוצרי התנהגות כמותיים הניתנים לשחזור לצורך מוכנות הבדיקה והערכת תרכובות.
- אנליטיקה: מאפשרת השוואה סטטיסטית של מדידות משתנים תלויים, כגון דיוק התגובה והשהייה (latency).
- מחקר תרגומי: מגשרת בין שלב הגילוי לשלבים הפרה-קליניים על ידי תמיכה בבחירת מודלים ובסנכרון סממנים ביולוגיים (biomarkers).
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה מסגרת בדיקות התנהגותית הניתנת לשימוש חוזר וניתן להתאימה למודליות חושיות ומינים אחרים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון בחיזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף של מטרות חושיות.
- ערך תפעולי: מקדם סטנדרטיזציה, שחזוריות ויכולת הרחבה (scalability) של בדיקות התנהגותיות.
- ערך אסטרטגי: מסייע בקבלת החלטות של go/no-go ומשפר את יעילות ההון על ידי הבהרת התאמת המודל בשלב מוקדם.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכונים וקידום של תוכניות נוירו-התנהגותיות וחושיות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במדעי המוח ההתנהגותיים ובטכניקות של התניה אופרנטית.
- מחייב מערכות להשמעה של וידאו, תוכנות אנימציה ותשתיות לניתוח התנהגותי כמותי.
- מצריך סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרמטרי גירוי ופרוטוקולי חיזוק.
- ניתן להתאמה למינים אחרים ולמודליות חושיות שונות באמצעות אופטימיזציה של הפרוטוקול.
- מגבלות מעשיות כוללות אתגרים של מוטיבציה וחיזוק הספציפיים למין, כפי שצוין במודלים של לטאים.
