Zautomatyzowane interaktywne odtwarzanie wideo w badaniach nad komunikacją zwierząt

Ogólnym celem następnego eksperymentu jest wykorzystanie zautomatyzowanego, interaktywnego systemu odtwarzania wideo do badania zachowań godowych u samic ryb z rodzaju mieczowate. Zostanie to osiągnięte poprzez stworzenie cyfrowego modelu samca, nadanie mu ruchu i interaktywności oraz ustalenie reguł jego zachowania względem badanej ryby. W tej demonstracji wirtualny samiec będzie śledził ruchy prawdziwej samicy w celu skonfigurowania systemu.

Konstruuje się akwarium flankowane przez dwa monitory i podłącza je do systemu obserwacji widza w celu śledzenia obiektów w czasie rzeczywistym. Dane o ruchu są następnie przekazywane do programu interaktywnego odtwarzania wideo na oddzielnym serwerze, aby określić ruch animowanego bodźca na ekranie. Po uruchomieniu systemu samice otrzymują możliwość jednoczesnego wyboru między odpowiednim samcem konspecyficznym a odpowiednim samcem heterospecyficznym znajdującymi się po przeciwnych stronach akwarium.

Ostatecznie, preferencje w zachowaniu godowym, jakie samice ryb wykazują wobec samców podobnego gatunku, mogą być modyfikowane poprzez wprowadzenie interaktywnego bodźca w postaci samca. Procedurę zaprezentuje Tricia Bakowski, była doktorantka z mojego laboratorium, a obecnie pracownica Dreamworks SKG. Ustaw kamerę nad zbiornikiem i podłącz ją do karty wideo by observe.

Dokonaj regulacji tak, aby całe akwarium było widoczne w polu widzenia. Skonfiguruj system przeglądania byob Observe, aby odbierał informacje o śledzeniu z kamery. Następnie włącz w przeglądarce BYOBs Observe wtyczkę, która przesyła współrzędne do serwera animacji za pomocą określonego adresu IP w sieci.

Aby rozpocząć kalibrację, uruchom serwer animacji i otwórz plik interactive display setup txt. W sekcji number monitor wprowadź szerokość (screen width) i wysokość (screen height) ekranu w pikselach, a w sekcji number program type wpisz calibration. Pamiętaj o zapisaniu wprowadzonych zmian.

Następnie dwukrotnie kliknij ikonę programu interaktywnego odtwarzania wideo (interactive video playback, IVP), aby uruchomić program i zapewnić poprawną zgodność między danymi widza a interaktywnym wyjściem z IVP. Wprowadź wymiary zbiornika zgodnie z wcześniejszymi ustawieniami w systemie widza, aby skorygować fakt, że końce akwarium są mniejsze niż monitory. Użyj klawiatury, aby przesunąć obszar widzenia lub okno widoku bodźców, tak aby wyrównać je z końcami zbiornika testowego wyświetlanego na serwerze animacji.

Różowy okno podglądu jest wyświetlane na jednym monitorze testowym, a niebieskie na drugim. Następnie należy przeskalować obraz samca ryby w obu oknach podglądu, aż osiągnie on pożądaną wielkość bodźca. Użyj standardowego bodźca kalibracyjnego i przeskaluj go do 66.7 millimeters, korzystając ze standardowego wzorca.

Przesuń pola w wyświetlaczu tak, aby znajdowały się w wyrównaniu z krawędziami zbiornika testowego. Użyj klawiszy q lub w, aby przesuwać pola w stronę środka, gdzie znajduje się ryba, lub od niego, w celu skonfigurowania systemu. Umieść monitor CRT na każdym z końców akwarium o pojemności 80 liter wypełnionego czystą wodą i upewnij się, że jasność obu monitorów jest identyczna.

Wczytaj model, który zostanie przetestowany w tej demonstracji. Wybrano pliki odpowiadające dla samców, fosforu, rasy birmańskiej oraz dla samców ex MechE. Z zestawu nieinteraktywnego lub interaktywnego wybierz stronę i etap, na którym pojawi się każdy bodziec, a także pożądany rozmiar każdego bodźca.

Następnie należy wybrać, czy ruchy dwóch bodźców mają być lustrzane czy niemiraowe. Na koniec można ustawić interaktywność popisów godowych samca, wybierając albo ustawienie domyślne, w którym płetwa grzbietowa jest podnoszona tylko podczas bocznego popisu godowego, albo określoną odległość. Obiekt musi znajdować się w zasięgu samca, aby wywołać reakcję.

Aby rozpocząć sesję testową, otwórz plik konfiguracji interaktywnego wyświetlacza setup.txt, ustaw typ programu (number program type) na live testing, a nazwę eksperymentu (number, experiment name) na taką samą nazwę pliku, która zawiera dane eksperymentu. Uruchom program IVP, ale nie naciskaj przycisku start. Pozostawi to pusty ekran na czas okresu aklimatyzacji.

Ostrożnie umieść badaną rybę w akwarium i odczekaj 10 minut, aż się zadomowi. Przed rozpoczęciem testu uruchom program observe viewer 2.0 oraz IVP. Bodźce wideo są prezentowane badanym w próbie składającej się z dwóch 20 minutowych etapów.

Etap składa się z czterech lub pięciominutowych segmentów, z których przykład przedstawiono tutaj. W pierwszym segmencie samica jest aklimatyzowana w zbiorniku testowym przez pięć minut poprzez wyświetlanie monochromatycznego ekranu na obu monitorach. W drugim segmencie przez kolejne pięć minut na monitorze lewym i prawym wyświetlane są różne bodźce wideo.

Bezpośrednio po wyświetleniu bodźców wideo, na obu monitorach ponownie wyświetlany jest monochromatyczny ekran przez pięć minut. W czwartym i ostatnim segmencie prezentowane są bodźce z drugiego segmentu, jednak pozycja każdego bodźca zostaje zamieniona. Stanowi to kontrolę wewnątrzosobniczą (u samicy) w celu wykluczenia preferencji stronniczości.

Drugi etap może powtarzać ten sam schemat z innym zestawem bodźców prezentowanych jednocześnie. Po zakończeniu wszystkich etapów należy usunąć badanego osobnika i wprowadzić kolejną rybę do testu; aby systematycznie kontrolować preferencje stron oraz efekty kolejności, należy zróżnicować stronę i kolejność prezentacji u poszczególnych osobników. Interaktywny bodziec pokazany tutaj na czerwono ściśle śledzi w czasie rzeczywistym pozycję poziomą samicy pokazaną na niebiesko.

Trzy zasady kierujące zachowaniem samca są następujące, przy czym kierunek X odnosi się do długości zbiornika, a kierunek Z do szerokości zbiornika. Zasada pierwsza: symulowany samiec zawsze podąża za osobnikiem badanym w poprzek ekranu, śledząc go w kierunku Z. Zasada druga: płetwa grzbietowa symulowanego samca jest podniesiona tylko wtedy, gdy wykonuje on boczny pokaz godowy.

Zasada trzecia: symulowany samiec ryby z gatunku swordtail będzie wykonywał lateralny pokaz godowy przez 50% całkowitego czasu wyświetlania go samicy. Lateralny pokaz godowy jest wyzwalany, gdy samiec ryby znajdzie się w odległości jednej czwartej długości swojego ciała od samicy w kierunku Z. Lateralny pokaz godowy jest niezależny od tego, jak blisko monitora znajduje się samica.

W przypadku asocjacji kierunkowej X czas jest obliczany automatycznie przez obserwatora i definiowany jako czas, jaki samica spędza w odległości 10 centymetrów od jednego z monitorów lub innych bodźców nieinteraktywnych. Wyniki uzyskane za pomocą IVP wykazują, że samice X silnie preferowały sygnały wizualne własnego gatunku. Jednakże, gdy samice były testowane z interaktywnymi samcami konspecyficznymi i heterospecyficznymi, nie wykazały preferencji po jej opracowaniu. Technika ta pozwoliła badaczom w dziedzinie behawiorystyki zwierząt badać interakcje społeczne przy użyciu algorytmów ilościowych.