Badania wizualne Wrażliwość na prędkość i kierunek ruchu w Jaszczurki

Witajcie, jestem Kevin Wu z Centrum Zintegrowanych Badań nad Zachowaniem Zwierząt na Uniwersytecie Macquarie w Sydney w Australii. W tym artykule w formie wideo omówię badanie wrażliwości na ruch u jaszczurek. Mówiąc o badaniu wrażliwości na ruch, mam na myśli zastosowanie paradygmatu warunkowania instrumentalnego.

Mówiąc o warunkowaniu, mam na myśli proces, w którym bierze udział zwierzę lub człowiek, a następnie uczy się on cech obiektu, aby potrafić odpowiednio zareagować na jego pojawienie się w nadziei na otrzymanie wzmocnienia za tę reakcję. Warunkowanie operacyjne pozwala nam zazwyczaj zrozumieć dwie kwestie: po pierwsze, umożliwia ocenę zdolności uczenia się i pamięci, a po drugie, pozwala zrozumieć możliwości sensoryczne danej jednostki lub gatunku.

Badanie wrażliwości na ruch oraz procesów uczenia się i pamięci u jaszczurek było dotychczas dość trudne, głównie ze względu na pewne parametry, których opracowanie stanowiło wyzwanie. Jednym z nich jest powszechnie znana trudność w ustanowieniu konkretnego systemu motywacyjnego, a także znalezienie odpowiedniego wzmocnienia, które utrzymałoby ich zainteresowanie wykonywanymi zadaniami. W niniejszym materiale wykorzystamy jaszczurkę z rodzaju Jackie jako gatunek modelowy do badania zarówno uczenia się i pamięci, jak i przede wszystkim wrażliwości na ruch. Jaszczurki Jackie są gatunkiem endemicznym dla Australii; są wysoce kryptyczne, lecz aktywne w ciągu dnia, a charakteryzują się bardzo stereotypowymi pokazami wizualnymi służącymi do komunikacji społecznej.

Widać tu wizualne sygnały, które sprawiają, że ten konkretny gatunek jest bardzo reaktywny wizualnie. W tym filmie chcemy wykazać, że chameleony nie tylko potrafią się uczyć i zapamiętywać określone rzeczy, ale wykazują również bardzo wysoki poziom wrażliwości. Ponadto mam nadzieję udowodnić, że kameleon może być również wykorzystany jako gatunek modelowy do innych konkretnych zadań.

Jak wspomniano wcześniej, przypadkowe kratki są silnie zasolone i angażują system wzrokowy. Nie angażują one procesu rozpoznawania, nie przypominają niczego biologicznie istotnego i są wykorzystywane w klasycznych technikach psychofizycznych w badaniach nad percepcją zarówno ludzi, jak i zwierząt. Kiedy mówimy o psychofizyce, mamy w rzeczywistości na myśli zrozumienie charakterystyk lub właściwości dźwięku bądź obiektu.

Reakcje zwierzęcia lub uczestnika pozwalają nam zrozumieć, jakie są progi, przy których te konkretne cechy są słyszalne lub widoczne, co daje nam wgląd w percepcję sensoryczną tych organizmów. Oto przykład możliwości systemu VPX. W tym przykładzie mamy wewnętrzny okrąg z kropkami zbliżającymi się do pierwszego planu, natomiast w tle znajdują się kropki rozmieszczone losowo.

V PPIC X umożliwia tworzenie serii różnych iluzji służących do testowania różnych cech percepcji sensorycznej. Oprócz tych cech pozwala on na kontrolowanie takich parametrów jak koherencja, która określa kierunek ruchu, a także prędkość tych kropek. Final Cut Pro to program do edycji wideo dostępny w ofercie firmy Apple.

Final Cut Pro składa się z trzech głównych części. Na obszarze roboczym (canvas) można podglądać sekwencję w miarę jej tworzenia. Oś czasu (timeline) to miejsce, w którym rozmieszcza się poszczególne elementy lub segmenty sekwencji, umożliwiając ich podgląd w układzie chronologicznym, natomiast przeglądarka materiałów (bin) służy do przechowywania wielu sekwencji lub materiałów, które zostaną umieszczone na osi czasu.

Wszystkie sekwencje kropek są opracowywane w programie Final Cut Pro. Wszystkie sekwencje zaprojektowane wstępnie w VIX są importowane do koszyka. Na widoku płótna widoczny jest przykład tworzenia kropek.

Wszystkie jednak kropki są tworzone przy użyciu osi czasu. Tutaj widać, że nasz przykład prezentuje początkowo 2,5 sekundy koherencji 0%, następnie pięć sekund bodźca zmiennego, a na koniec 7,5 sekundy stuprocentowej koherencji. Teraz zobaczą Państwo przykłady różniącej się prędkości kropek oraz różnego poziomu ich koherencji.

Prędkość jest ponownie mierzona w stopniach na sekundę, a koherencja to procent kropek poruszających się w kierunku lewym lub prawym. Jest to przykład ukończonej sekwencji kropek. Wszystkie kropki poruszają się tutaj z prędkością 10 stopni na sekundę.

Na początku wyświetlane są 2,5 sekundy przy 0% koherencji. W tym przykładzie, na etapie zmiennym, 40% kropek będzie poruszać się w lewo przez kolejne pięć sekund. Następnie nastąpi 7,5 sekundy stuprocentowej koherencji w kierunku lewym.

Całkowity czas sekwencji wynosi 15 sekund. Nasza konfiguracja składała się z trzech zestawów do odtwarzania wideo. Na monitorze centralnym wyświetlane były monogramy ruchu losowych punktów.

Na sąsiednich monitorach wyświetlane są dodatkowe wzmocnienia po dokonaniu przez badanego prawidłowego wyboru. Urządzenie IMAX widoczne tutaj po prawej stronie przechowuje wszystkie klipy wideo wyświetlane na ekranach. Obraz z kamery, umieszczonej nad areną testową, był rejestrowany i nagrywany, a następnie wyświetlany w wizjerze oraz na magnetowidzie VCR.

Wszystkie sekwencje cyfrowe zostały przekonwertowane z sygnału analogowego przy użyciu urządzenia cannabis box. Elementy pomocnicze (Secondary Reinforces) zostały utworzone w programie LightWave layout wersja 8.3. LightWave to narzędzie do animacji 3D, które umożliwia budowanie scen, w których powstają te animacje.

Układ fal świetlnych posiada dwie szczególne cechy. Pierwszą jest kamera, poprzez którą widoczny jest obiekt, drugą natomiast światło lub grupa świateł, które oświetlają obszar, w którym znajduje się obiekt. W ramach drugorzędnego wzmocnienia wybraliśmy trzy animowane bezkręgowce.

Były to świerszcz, roztocze i pająk. Bezkręgowce te były bardzo podobne do osobników, jakich badani mogliby spotkać w naturze. Ruchy tych bezkręgowców zostały odwzorowane na podstawie realistycznych zachowań, które zostały nagrane i zarejestrowane za pomocą cyfrowej kamery wideo.

To jest nasz podstawowy układ testowy. Czerwone koło oznacza badanego. Początkowo na ekranie przed badanym pojawi się informacja o 0% koherencji przez 2,5 sekund).

Po 2,5 sekundach 0% koherencji badany zobaczy obraz przez pięć sekund, podczas których prędkość kropek i koherencja będą się zmieniać. To właśnie w tym krytycznym pięciosekundowym okresie badany powinien wybrać monitor lewy lub prawy. Zdolność do wyboru właściwego monitora, oparta na zmiennych tych charakterystyk wizualnych, pozwala nam ocenić jego zdolności sensoryczne.

W tym przykładzie oczekuje się, że badani podejdą do lewego monitora, gdy kropki poruszają się z prędkością stu procent. W tym czasie badany powinien wykorzystać informacje uzyskane z ruchu kropek i przejść do lewego monitora. W ciągu pięciosekundowego okresu krytycznego badany powinien wybrać odpowiedni monitor.

W tym przypadku powinien to być lewy monitor. Następnie w 7,5 sekundzie, jeśli badany wybierze odpowiedni monitor, zostanie mu zaprezentowany wtórny wzmacniacz, którym w tym przypadku jest cyber-bezkręgowiec. W następnej sekcji zobaczysz przebieg pełnej próby.

Wczesne próby ustanowienia tej procedury jako niezawodnej zakończyły się całkowitym niepowodzeniem, co wynikało z kilku przyczyn. Po pierwsze, nie zastosowano wzmocnień pierwotnych. Po drugie, zamiast bezkręgowców, wykorzystano nagrania jaszczurek wykazujących zachowania społeczne jako wzmocnienie wtórne.

Po trzecie, czas trwania każdej próby był zbyt długi. Każdy z tych konkretnych czynników uniemożliwił badanym faktyczne nabycie zależności, a w rzeczywistości nasilił reakcje awersyjne między samymi osobnikami. Uważam, że to właśnie te czynniki, które zostały teraz wyeliminowane lub zmodyfikowane, uniemożliwiły badanym nabycie tej zależności.

Opracowaliśmy skuteczną procedurę, co w dużej mierze było procesem prób i błędów; mimo że jaszczurki z rodzaju Liz są znane z tego, że są dość trudne w kontekście ustanawiania konkretnych procedur operacyjnych, metoda ta okazała się skuteczna i dość niezawodna. Dzięki temu możemy badać komunikację wizualną i wrażliwość wzrokową u jaszczurek Jackie, ale istnieje również duże prawdopodobieństwo, że tę metodologię uda się zastosować do innych jaszczurek i innych gatunków, a także do innych aspektów widzenia.

Możemy to również zastosować do innych modalności sensorycznych, takich jak słuch, chemorecepcja i percepcja dotykowa.