도마뱀의 운동의 속도와 방향에 시각 민감도 테스트

안녕하세요, 호주 시드니 맥쿼리 대학교 동물 행동 통합 연구 센터의 Kevin Wu입니다. 이번 비디오 기반 논문에서는 도마뱀의 운동 민감도 테스트에 대해 말씀드리겠습니다. 여기서 운동 민감도 테스트란 조작적 조건화 패러다임을 사용하는 것을 의미합니다.

상위 및 조건 형성(upper and conditioning)에 대해 말씀드리자면, 이는 동물 실험 대상자나 사람에게 특정 객체의 특성을 학습시켜, 해당 객체가 제시되었을 때 적절하게 반응하도록 가르치고 그 반응에 대해 강화를 받게 하는 과정을 의미합니다. 일반적으로 조건 형성을 통해 우리는 두 가지를 이해할 수 있습니다. 첫째, 학습 및 기억 능력이나 용량을 이해할 수 있으며, 둘째, 해당 개체나 종의 감각 능력을 이해할 수 있습니다.

현재 도마뱀을 대상으로 운동 민감도와 학습 및 기억력을 테스트하는 것은 특정 매개변수를 밝혀내는 것이 매우 어렵다는 점에서 상당히 까다로운 작업입니다. 우선, 도마뱀은 특정 동기 부여 체계를 구축하고, 수행 과제에 계속 흥미를 느끼게 할 적절한 강화를 찾는 것이 매우 어렵기로 유명합니다. 여기서는 학습과 기억력, 특히 운동 민감도를 테스트하기 위한 모델 종으로 재키 도마뱀(Jackie Lizard)을 사용하겠습니다. 재키 도마뱀은 호주 자생의 아가마(agamid) 종으로, 매우 은밀하게 행동하지만 낮 동안 활동하며, 사회적 의사소통에 사용되는 매우 정형화된 시각적 전시 행동을 보이는 것이 특징입니다.

그리고 이 특정 종을 매우 시각적으로 만들어 주는 시각적 디스플레이들을 확인할 수 있습니다. 따라서 이번 영상에서 저희가 시연하고자 하는 것은 잭키 드래곤(Jackie Dragons)이 특정 사항들을 학습하고 기억할 수 있을 뿐만 아니라, 상당히 높은 수준의 민감도를 가지고 있다는 점입니다. 아울러, 잭키 리즈(Jackie Liz)가 다른 특정 과업들을 위한 모델 종으로도 활용될 수 있음을 보여드리고자 합니다.

앞서 살펴본 바와 같이, 무작위 격자(random gratings)는 염분 농도가 매우 높으며 시각 체계를 자극합니다. 이들은 인지 과정을 유도하지 않으며, 생물학적으로 유의미한 어떤 것과도 닮지 않았습니다. 또한 인간과 동물의 지각 모두에서 고전적인 정신물리학적 기법이 사용됩니다. 정신물리학에 대해 논할 때, 우리는 실제로 소리나 물체의 특성 또는 성질을 이해하는 것에 대해 이야기하는 것입니다.

동물 피험자나 참가자의 반응을 통해 이러한 특정 특성들이 들리거나 보이는 임계값이 어디인지 이해할 수 있으며, 이를 통해 해당 유기체의 감각 지각에 대한 이해를 얻을 수 있습니다. 다음은 VPX로 수행할 수 있는 작업의 예시입니다. 이 예시에서는 전경을 향해 다가오는 점들이 있는 내부 원이 있으며, 배경에는 무작위의 점들이 배치되어 있습니다.

V PPIC X를 통해 감각 인지의 다양한 특성을 테스트할 수 있는 일련의 서로 다른 착시 현상을 생성할 수 있습니다. 이러한 특성 외에도, 점들의 이동 방향이자 속도인 일관성(coherence)과 같은 요소들을 제어할 수 있습니다. Final Cut Pro는 Apple에서 제공하는 비디오 편집 프로그램입니다.

Final Cut Pro에는 세 가지 주요 부분이 있습니다. 캔버스는 시퀀스가 구축되는 과정을 확인하는 공간입니다. 타임라인은 시퀀스의 각 부분이나 세그먼트를 배치하고, 이름 그대로 타임라인상에서 그 상태를 확인할 수 있는 곳입니다. 그리고 빈(bin)은 여러 개의 시퀀스를 저장하거나 타임라인에 배치할 시퀀스들을 보관하는 공간입니다.

모든 도트 시퀀스는 Final Cut Pro를 사용하여 완성합니다. VIX에서 처음 설계된 모든 시퀀스를 빈(bin)으로 가져옵니다. 캔버스 뷰에서 도트가 형성되는 예시를 확인할 수 있습니다.

하지만 모든 점들은 타임라인을 사용하여 구성됩니다. 여기 예시를 보시면 처음에는 0% 일관성을 가진 2.5초, 이어서 가변 자극 5초, 그리고 마지막으로 100% 일관성을 가진 7.5초가 나타나는 것을 확인할 수 있습니다. 이제 점의 속도와 점의 일관성을 달리한 예시들을 살펴보겠습니다.

속도는 다시 초당 도(degrees per second) 단위로 측정하며, 일관성은 왼쪽 또는 오른쪽 방향으로 이동하는 점들의 백분율을 의미합니다. 이것은 완료된 점 시퀀스의 예시입니다. 여기의 모든 점은 초당 10도로 이동하고 있습니다.

처음 2.5초 동안은 0%의 일관성이 나타납니다. 이 예시의 가변 단계에서는 다음 5초 동안 점들의 40%가 왼쪽 방향으로 이동합니다. 그 후 7.5초 동안 100%의 일관성으로 왼쪽 방향으로 이동하게 됩니다.

전체 시퀀스는 15초입니다. 실험 장치는 세 개의 비디오 재생 장치로 구성되었습니다. 중앙 모니터에 랜덤 도트 키네마토그램(random dot kin monograms)이 표시되었습니다.

인접한 모니터들은 피험자가 정답을 선택했을 때 2차 강화제가 표시되는 곳입니다. 오른쪽에 보이는 IMAX는 디스플레이에 출력될 모든 비디오 클립을 저장했습니다. 테스트 구역 상단에 위치한 카메라는 촬영 및 기록되어 뷰파인더와 VCR을 통해 확인할 수 있었습니다.

모든 디지털 시퀀스는 cannabis box를 사용하여 아날로그에서 변환되었습니다. Secondary Reinforces는 LightWave layout 버전 8.3을 사용하여 제작되었습니다. LightWave는 이러한 애니메이션을 제작할 수 있는 장면을 구축할 수 있게 해주는 3D 애니메이션 도구입니다.

광파 배치(light wave layout)에는 두 가지의 특별한 특징이 있습니다. 첫 번째는 카메라와 물체가 보이는 지점이며, 두 번째는 물체가 보이는 영역을 비추는 하나 또는 여러 개의 조명입니다. 저희는 이차 강화제로 사용할 세 가지의 애니메이션 무척추동물을 선정했습니다.

사용된 무척추동물은 귀뚜라미, 진드기, 거미였습니다. 이 무척추동물들은 피험자들이 야생에서 접할 수 있는 것들과 매우 유사했습니다. 또한, 이 무척추동물들의 움직임은 디지털 캠코더로 촬영하고 기록한 실제 움직임을 모방하여 구현되었습니다.

이것은 기본적인 테스트 설정입니다. 빨간색 원은 피험자를 나타냅니다. 처음에 피험자 앞의 화면에는 0% 일관성(coherence) 상태가 2.5초 동안 표시됩니다.

0% 일관성이 2.5초간 유지된 후, 점의 속도와 일관성이 변화하는 5초의 구간이 피험자에게 제시됩니다. 피험자는 이 5초의 임계 기간 내에 왼쪽 또는 오른쪽 모니터를 선택해야 합니다. 이러한 시각적 특성의 변화에 근거하여, 올바른 모니터를 선택하는 능력은 피험자의 감각 용량에 대한 이해를 제공합니다.

이 예시에서 피험자는 점들이 100%의 속도로 이동함에 따라 왼쪽 모니터로 이동해야 합니다. 이 기간 동안 피험자는 움직이는 점들로부터 얻은 정보를 이용하여 왼쪽 모니터로 이동해야 합니다. 5초의 임계 기간 내에 피험자는 적절한 모니터를 선택해야 합니다.

이 경우 왼쪽 모니터가 대상이 되어야 합니다. 그런 다음 7.5초 후에 피험자가 적절한 모니터를 선택했다면, 이차 강화물이 제시되며, 본 사례에서 이차 강화물은 사이버 무척추동물입니다. 다음 섹션에서는 실제 시행의 전체 과정이 어떻게 진행되는지 확인하시게 됩니다.

이 절차를 신뢰할 수 있는 방법으로 확립하려는 초기 시도들은 매우 실패적이었으며, 여기에는 몇 가지 이유가 있습니다. 첫째, 일차 강화물이 없었습니다. 둘째, 사이버 무척추동물 대신 사회적 과시 행동을 보이는 도마뱀 영상이 이차 강화물로 사용되었습니다.

셋째, 각 시행의 길이가 너무 길었습니다. 이러한 개별 요인들은 피험자들이 실제로 수반성을 습득하는 것을 방해했으며, 실제로 피험자들 사이의 혐오 반응을 증가시켰습니다. 저는 현재 제거되었거나 수정된 이러한 요인들이 피험자들이 수반성을 습득하는 것을 방해했다고 생각합니다.

이제 우리는 성공적인 절차를 확립했으며, 이는 대체로 시행착오를 거친 과정이었습니다. 리자드(Liz)는 특정 실험 절차를 확립하는 것이 매우 까다로운 것으로 유명하지만, 이 방법은 성공적이었으며 상당히 신뢰할 수 있었습니다. 따라서 우리는 재키 리자드의 시각적 소통과 시각적 민감도를 연구할 수 있을 뿐만 아니라, 이 방법론을 다른 도마뱀이나 다른 종에도 적용할 수 있을 가능성이 큽니다. 또한, 이 방법론을 시각의 다른 측면들에도 적용할 수 있습니다.

우리는 이를 청각, 화학 수용 및 촉각 인지와 같은 다른 감각 양식에도 적용할 수 있습니다.