ניגון אוטומטי של וידאו אינטראקטיבי ללימודי תקשורת של בעלי חיים
9 בפברואר 2011
וידאו השמעה היא טכניקה בשימוש נרחב התנהגות בעלי חיים. יצרנו תוכנית והערכה כי חל מבוססת כללים, השמעה אינטראקטיבית של 3-D אנימציות מחשב בתגובה בזמן אמת, נתונים אוטומטיים על התנהגות הנושא.
המטרה הכללית של הניסוי הבא היא להשתמש במערכת השמעה אינטראקטיבית ואוטומטית של וידאו כדי לחקור התנהגות חיזור בדגי סוורד-טייל (sword tail) נקבות. מטרה זו מושגת על ידי מידול של דג זכר דיגיטלי, הוספת תנועה ואינטראקטיביות, ויצירת כללים להתנהגותו ביחס לדג הנבדק. בהדגמה זו, זכר וירטואלי יעקוב אחר תנועותיה של נקבה אמיתית כדי להגדיר את המערכת.
אקווריום המוקף בשני מסכים נבנה ומחובר למערכת מעקב אחר הצופה כדי לעקוב אחר הנבדקים בזמן אמת. נתוני התנועה מועברים לאחר מכן לתוכנת הפעלת וידאו אינטראקטיבית בשרת נפרד, כדי לקבוע את תנועת הגירוי המונפש על המסך. לאחר שהמערכת מוכנה, לנקבות ניתנת בחירה סימולטנית בין זכר קונספציפי (של אותו מין) לבין זכר הטרוספציפי (ממין אחר) הממוקמים בצדדים מנוגדים של האקווריום.
בסופו של דבר, ההעדפה בהתנהגות החיזור שדגי דגים נקבה מראים כלפי זכרים ממין דומה יכולה להיות מושפעת מהוספה של גירוי זכר אינטראקטיבי. את התהליך תדגים טרישיה באקובסקי, סטודנטית לשלב מתקדם לשעבר במעבדתי ועובדת נוכחית ב-Dreamworks SKG. מקמו מצלמה מעל מיכל הדגים וחברו אותה לכרטיס וידאו של by observe.
בצעו התאמות כך שכל האקווריום יהיה בטווח הראייה. הגדירו את מערכת התצוגה byob Observe לקבלת מידע על מעקב מהמצלמה. לאחר מכן, הפעילו את התוסף בצופה BYOBs Observe השולח קואורדינטות לשרת האנימציה באמצעות כתובת IP רשת מוגדרת.
כדי להתחיל את הכיול, הפעילו את שרת האנימציה ופתחו את הקובץ interactive display setup txt. הזינו את רוחב המסך ואת גובה המסך בפיקסלים תחת number monitor, ובסעיף info under number program type הזינו calibration. הקפידו לשמור שינויים אלו.
בשלב הבא, לחצו פעמיים על סמל תוכנת הניגון של הווידאו האינטראקטיבי (IVP) כדי להפעיל את התוכנה, וזאת על מנת להבטיח התאמה נכונה בין נתוני הצופה לבין הפלט האינטראקטיבי של ה-IVP. הזינו את מימדי המיכל כפי שהוגדרו קודם לכן במערכת הצופה, כדי לתקן את העובדה שקצוות מיכל הדגים קטנים יותר מהמסכים. השתמשו במקלדת כדי להזיז את אזור התצוגה או את חלון התצוגה (view port) של הגירויים, כך שיהיו מיושרים עם קצוות מיכל הבדיקה הנצפים בשרת האנימציה.
חלון התצוגה הוורוד משתקף במסך בדיקה אחד וחלון התצוגה הכחול במסך השני. לאחר מכן, קצצו את תצוגת הדג הזכר בשני חלונות התצוגה עד להגעה לגודל הגירוי הרצוי. השתמשו בגירוי כיול סטנדרטי וקצצו ל-66.7 millimeters באמצעות מדד ייחוס סטנדרטי.
הזיזו את התיבות בתצוגה כך שיהיו מיושרות לקצוות של מיכל הבדיקה. השתמשו במקשים q או w כדי להזיז את התיבות לעבר מרכז הדג או הרחק ממנו כדי להגדיר את המערכת. מקמו מסך CRT בכל קצה של אקווריום בנפח 80 liter מלא במים נקיים, וודאו שבהירות שני המסכים תואמת.
טען את המודל שייבדק בהדגמה זו. נבחרים קבצים התואמים לזכרים מתאימים, זרחן, Birman וזכרים מתאימים של ex MechE. בחר מהסט הבלתי אינטראקטיבי או האינטראקטיבי את הצד והשלב שבהם יופיע כל גירוי ואת הגודל הרצוי של כל גירוי.
בשלב הבא יש לבחור האם התנועות של שני הגירויים יהיו במצב מראה (mirrored) או לא. לבסוף, ניתן להפוך את תצוגות החיזור של הזכר לאינטראקטיביות על ידי בחירה בהגדרת ברירת המחדל, שבה סנפיר הגב מורם רק במהלך תצוגת חיזור צדית, או במצב של מרחק. על הסובייקט להיות זכר כדי לעורר תגובה.
כדי להתחיל סשן בדיקה, פתח את קובץ הגדרות התצוגה האינטראקטיבית, setup.txt, הגדר את סוג התוכנית (number program type) ל-live testing, והגדר את שם הניסוי (number, experiment name) לשם הקובץ המכיל את נתוני הניסוי. הפעל את תוכנית ה-IVP, אך אל תלחץ על start. פעולה זו תשאיר מסך ריק עבור תקופת ההסתגלות.
הניחו בעדינות את דג הניסוי אל תוך האקווריום והמתינו 10 דקות כדי שיסתגל. לפני הבדיקה, הפעילו את תוכנת observe viewer 2.0 ואת ה-IVP. גירויי הווידאו מוצגים לנבדקים בניסוי המורכב משני שלבים של 20 דקות כל אחד.
שלב מורכב ממקטעים של ארבעה או חמישה דקות, דוגמה לאחד מהם נראית כאן. המקטע הראשון מקריא את הנקבה למיכל הבדיקה למשך חמש דקות על ידי הצגת מסך מונוכרומטי בשני המסכים. במקטע השני, מוצג גירוי וידאו שונה במסך השמאלי ובמסך הימני למשך חמש דקות נוספות.
מיד לאחר הצגת גירויי הווידאו, מסך מונוכרומטי מוצג שוב למשך חמש דקות בשני הצגים. במקטע הרביעי והאחרון מוצגים גירויים מהמקטע השני, אך מיקומו של כל גירוי מוחלף. דבר זה מספק ביקורת פנימית בתוך אותה נקבה עבור הטיה לצד מסוים.
בשלב השני ניתן לחזור על אותה תבנית עם קבוצה שונה של גירויים המוצגים בו-זמנית. לאחר השלמת כל השלבים, הוצא את הנבדק והכנס את הדג הבא לבדיקה; כדי לשלוט בהטיות צד ובהשפעות סדר, שנה באופן שיטתי את הצד ואת סדר ההצגה בין הנבדקים. הגירוי האינטראקטיבי המוצג כאן באדום עוקב מקרוב ובזמן אמת אחר המיקום האופקי של הנקבה המוצג בכחול.
שלושת הכללים המנחים את התנהגות הזכר הם כדלקמן, כאשר כיוון X מתייחס לאורך המיכל והכיוון מתייחס לרוחב המיכל. כלל ראשון, הזכר המדמה תמיד עוקב אחר הנבדקת לרוחב המסך, תוך מעקב אחריה בכיוון Z. כלל שני, סנף הגב של הזכר המדמה מורם רק כאשר הוא מבצע תצוגת חיזור צדית.
כלל שלושה, דג החרב הזכר הסימולטיבי יבצע תצוגת חיזור צדית במשך 50% בלבד מסך כל הזמן שבו הוא מוצג לנקבה. תצוגת החיזור הצדית מופעלת כאשר דג הזכר נמצא במרחק של עד רבע מאורך גופו של הזכר מהדג הנקבה בציר Z. תצוגת החיזור הצדית אינה תלויה במידת הקרבת הנקבה למסך.
ב-X Direction Association, הזמן מחושב באופן אוטומטי על ידי צופה התצפית ומוגדר כפרק הזמן שבו נקבה שוהה בטווח של 10 סנטימטרים מהניטר או מהגירויים הבלתי-אינטראקטיביים האחרים. ממצאים שנוצרו באמצעות IVP מראים כי נקבות X העדיפו באופן מובהק אותות חזותיים של מינן. עם זאת, כאשר נקבות נבחנו עם זכרים אינטראקטיביים בני מינן ובני מין אחר, הן לא הפגינו העדפה לאחר פיתוחו. טכניקה זו אפשרה לחוקרים בתחום התנהגות בעלי החיים לחקור אינטראקציות חברתיות באמצעות אלגוריתמים כמותיים.
סקירה כללית
מחקר זה מציג מערכתH להשמעה אוטומטית ואינטראקטיבית של וידאו, שתוכננה כדי לחקור התנהגות חיזור בקרב נקבות של דגי החרב (swordtail fish). באמצעות שימוש במודל דיגיטלי של זכר המגיב לתנועות בזמן אמת של נקבה חיה, חוקרים יכולים לבחון את הדינמיקה של העדפות ההזדווגות של הדגים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- התנהגות בעלי חיים
- אקולוגיה התנהגותית
- ניגון וידאו אינטראקטיבי
רקע
- הבנת התנהגות החיזור חיונית להשגת תובנות לגבי אסטרטגיות הזיווג.
- השמעת סרטוני וידאו משמשת באופן נפוץ לחקר אינטראקציות בין בעלי חיים.
- גירויים אינטראקטיביים עשויים להשפיע על התנהגותם של נבדקים חיים.
- מחקרים קודמים הראו את חשיבותם של רמזים חזותיים בטקסי החיזור של דגים.
מטרת המחקר
- להערכת ההשפעות של גירוי זכרי אינטראקטיבי על העדפות חיזור של נקבות.
- פיתוח מערכת העוקבת אחר התנהגות דגים בזמן אמת ומתאימה את הגירויים בהתאם.
- שיפור ההבנה של התנהגויות הזדווגות ספציפיות למינים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הקמת מערך אקווריום הכולל שני מסכים להשמעת וידאו.
- הטמעת מערכת מעקב לניטור תנועותיהן של דגי נקבה.
- כיול גירויי הווידאו להתאמה לממדים הפיזיים של האקווריום.
- ביצוע ניסויים עם גירויי זכר משתנים להערכת העדפות הנקבות.
תוצאות עיקריות
- נקבות הפגינו העדפות ברורות לזכרים מאותו המין כאשר הוצגו להן גירויים אינטראקטיביים.
- המערכת האוטומטית עקבה בהצלחה אחר תנועותיהן של דגי הנקבה והגיבה אליהן.
- תצוגות אינטראקטיביות השפיעו על התנהגות החיזור של הזכר הסימולטיבי.
- התוצאות מעידות כי רמזים חזותיים ואינטראקטיביים משמעותיים בהשפעתם על בחירות הזיווג.
מסקנות
- מערכת השמעת הווידאו האינטראקטיבית יעילה לחקר התנהגות דגים.
- הממצאים תורמים להבנת הדינמיקה של התנהגות החיזור במינים מימיים.
- ניתן להחיל גישה זו על מינים אחרים ועל מחקרי התנהגות נוספים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
השמעה אוטומטית ואינטראקטיבית של וידאו מאפשרת מניפולציה מדויקת ובזמן אמת של גירויים התנהגותיים בבעלי חיים, ובכך תומכת במחקרים מבוססי השערות על תקשורת והעדפות. טכנולוגיה זו מקדמת את רמת הדיוק והשליטה במבחנים התנהגותיים, ומשפיעה ישירות על שלבי הגילוי המוקדמים ותיקוף מטרות במחקרים נוירו-התנהגותיים ותחושתיים. שילובה מגביר את הביטחון החזוי במודלים תרגומיים ומספק מידע לקבלת החלטות לגבי תיקי פיתוח של פלטפורמות לפנוטיפ התנהגותי.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשרת בחינה מבוקרת של תגובות התנהגותיות לרמזים חזותיים ספציפיים.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי בידוד משתנים במחקרי תקשורת בין בעלי חיים.
- מאפשר תיקוף תפקודי של מטרות תחושתיות ונוירו-התנהגותיות.
- משפר את הביטחון החיזוי בבחירת מודל התנהגותי.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מכין מערכות התנהגותיות אינטראקטיביות ומתוכננות לצורך סריקת תרכובות בשלבים הבאים.
- מבצע סטנדרטיזציה של תנאי הבדיקה באמצעות הגשה ניתנת לשחזור ותכנות של גירויים.
- מייצר פלטי התנהגות כמותיים להשוואה איתנה בין תנאי בדיקה שונים.
- מאפשר תהליכי עבודה להפנוטיפיקה התנהגותית במעבר גבוה ובקנה מידה רחב.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה בדיקות התנהגותיות לנקודות קצה רלוונטיות למחלה במודלים נוירופסיכיאטריים ותחושתיים.
- תומכת ברציפות משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני של התערבויות התנהגותיות.
- מספקת נתונים מותאמי סיכון לקידום מטרות פוטנציאליות באמצעות מדדים התנהגותיים.
- משפרת את ההבנה המכניסטית של נתיבי תקשורת הרלוונטיים להפרעות במערכת העצבים המרכזית (CNS).
שילוב תהליכי עבודה וקווי עיבוד
מערכת הפעלת הווידאו האינטראקטיבית זו משתלבת ברצף שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני, ומאפשרת בדיקת היפותזות, פיתוח בדיקות (assays) ומחקר התנהגותי תרגומי.
- ביולוגיה של גילוי: מאפשרת בדיקת השערות אפס והבהרת מסלולים בתקשורת בין בעלי חיים.
- סריקה: מספקת בדיקות התנהגותיות כמותיות וניתנות לשחזור לצורך סריקה גנטית או של תרכובות.
- אנליטיקה: מספקת מדדי זמן-באזור ותגובה לגירוי לצורך השוואה סטטיסטית.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין ממצאי גילוי מוקדמים לנקודות קצה התנהגותיות פרה-קליניות.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה מודולרית וניתנת לתכנות, הניתנת להתאמה למודלים התנהגותיים מגוונים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות בתיקוף של מטרות התנהגותיות.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה ואוטומציה של תהליכי עבודה בבדיקות התנהגותיות לצורך הדירות.
- ערך אסטרטגי: מספק בסיס לקבלת החלטות של go/no-go באמצעות נתונים התנהגותיים כמותיים ומבוססי מנגנונים.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף מותאם סיכונים של מטרות נוירו-התנהגותיות ותחושתיות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במדעי המוח ההתנהגותיים ובמידול חישובי.
- נשען על תשתית משולבת של מעקב וידאו, אנימציה וניתוח נתונים.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרמטרי כיול וגירויים.
- ניתן להתאמה למינים שונים ולפרדיגמות התנהגותיות באמצעות התאמות בפרוטוקול.
- תלוי בדיוק המעקב בזמן אמת ובזמן השהייה שבין הגירוי לתגובה.
