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TaylorJean-François Hamel, Sara Jobson, … Annie MercierGrace G. Holmes, Emeline Delferrière, … John SkelhornScientific Reports Band 12, Artikelnummer: 10022 (2022 ) Diesen Artikel zitierenSelektive Aufmerksamkeit, die Fähigkeit, sich auf einen bestimmten Reiz zu konzentrieren und Ablenkungen zu unterdrücken, spielt für Tiere in vielen Kontexten eine grundlegende Rolle, z. B. bei der Paarung, der Nahrungsaufnahme und der Jagd.In natürlichen Umgebungen werden Tiere oft mit mehreren potenziell wichtigen Reizen konfrontiert.Eine solche Situation verkompliziert den Entscheidungsprozess erheblich und erlegt neuronalen Systemen widersprüchliche Informationen auf.Im Zusammenhang mit Raubtieren ist die selektive Behandlung einer von mehreren Bedrohungen eine mögliche Lösung.Wie Tiere solche Fluchtentscheidungen treffen, wird jedoch selten untersucht.Eine frühere Feldstudie zur Winkerkrabbe, Gelasimus Damtieri, lieferte Hinweise auf selektive Aufmerksamkeit im Zusammenhang mit Fluchtentscheidungen.Um die zugrunde liegenden Mechanismen zu identifizieren, die ihre Fluchtentscheidungen steuern, haben wir das Verhalten und die neuronalen Reaktionen der Krabben auf entweder einen einzigen oder zwei sich gleichzeitig nähernde Reize gemessen.Die beiden Stimuli waren entweder identisch oder im Gegensatz unterschiedlich, um unterschiedliche Ebenen der Bedrohungssicherheit darzustellen.Obwohl unsere Verhaltensdaten einige Hinweise darauf liefern, dass Krabben Signale von beiden Reizen wahrnehmen, zeigen wir, dass sowohl die Krabben als auch ihre auftauchenden empfindlichen Neuronen fast ausschließlich auf nur eine von zwei gleichzeitigen Bedrohungen reagieren.Die Körperorientierung der Krabben spielte eine wichtige Rolle bei ihrer Entscheidung, vor welchem ​​Reiz sie davonlaufen sollten.Wenn sie mit zwei Stimuli mit unterschiedlichen Kontrasten konfrontiert wurden, reagierten sowohl Neuronen als auch Krebse viel wahrscheinlicher auf den Stimulus mit dem höheren Kontrast.Unsere Daten liefern Beweise dafür, dass die auftauchenden empfindlichen Neuronen der Krabben eine wichtige Rolle in dem Mechanismus spielen, der ihre selektive Aufmerksamkeit im Zusammenhang mit Raubtieren antreibt.Unsere Ergebnisse unterstützen frühere Vorschläge, dass die Fluchtrichtung der Krabben stromabwärts ihrer sich abzeichnenden empfindlichen Neuronen mithilfe eines Populationsvektors des sich abzeichnenden empfindlichen neuronalen Ensembles berechnet wird.Das Überleben von Beutetieren hängt stark von ihrer Fähigkeit ab, einen konstanten Strom sensorischer Informationen aus oft komplexen Umgebungen und Situationen auszuwerten.Der Prozess, die richtige Entscheidung zu treffen, wird für Tiere mit eingeschränkten sensorischen und neuronalen Verarbeitungsfähigkeiten noch komplizierter.Für solche neuronalen Systeme ist es schwieriger, relevante Informationen von Rauschen zu trennen, unabhängig davon, ob es sich um sensorisches Rauschen oder das Vorhandensein irrelevanter Objekte oder Bewegungen in ihrer Umgebung handelt1,2.Zum Beispiel müssen Beutetiere Raubtiere oft vor einem stark überladenen Hintergrund erkennen, wo Ablenker wie auffällige Objekte, fallende Blätter oder nicht bedrohliche Tiere als potenzielle Bedrohung erscheinen können.Tiere müssen daher in der Lage sein, die relevantesten Reize auszuwählen und den Rest zu ignorieren.Eine solche Selektivität entsteht durch Aufmerksamkeitsmechanismen, die als die Fähigkeit definiert sind, nur eine begrenzte Teilmenge des verfügbaren sensorischen Inputs zu erfassen, zu filtern und zu verarbeiten3,4,5.Aufmerksamkeitsähnliche Mechanismen spielen eine wichtige Rolle bei Fluchtentscheidungen.Gleichzeitig von mehreren Raubtieren angesprochen zu werden, erhöht das Risikoniveau6,7,8 und erlegt dem neuronalen System widersprüchliche Informationen auf.Wie Tiere mit diesen Herausforderungen umgehen, welche Fluchtstrategien sie anwenden und wie Aufmerksamkeitsmechanismen in ihre Entscheidungen einfließen, ist kaum bekannt.Es wurden zwei Hauptaufmerksamkeitsmechanismen für Tiere vorgeschlagen, um mit mehreren Raubtieren umzugehen.Erstens kann die Beute ihr Reaktionsverhalten anpassen, um das kombinierte Risiko aller identifizierten Bedrohungen zu minimieren.Beispielsweise wurde festgestellt, dass die Lacertid-Mauereidechse Podarcis lilfordi in eine Richtung flüchtet, die die Distanz zu zwei Raubtieren maximiert9.Obwohl diese Strategie ideal ist, erfordert sie einen Mechanismus der „geteilten Aufmerksamkeit“ und die Fähigkeit, eine integrierte Lösung zu finden.Aufmerksamkeit ist jedoch eine begrenzte Ressource, und eine solche Strategie erfordert eine erhebliche Investition in die neuronale Verarbeitungskapazität.Zweitens identifizieren Beutetiere wie Waldfroschkaulquappen (Rana sylvatica)10 und Wasserläufer (Aquarius remigis)11, wenn sie von mehreren potenziellen Raubtieren präsentiert werden, das Raubtier, das das höchste Risiko darstellt, und reagieren nur auf dieses Raubtier.Diese Strategie ist nicht ideal, da das weniger bedrohliche Raubtier letztendlich die Beute erfolgreich fangen kann.Diese Strategie erfordert „selektive Aufmerksamkeit“, ein Mechanismus, der dazu führt, dass ein Stimulus gegenüber Alternativen bevorzugt wird, die ansonsten gleich gut wahrgenommen werden, wenn sie einzeln dargeboten werden12.Mit diesem Mechanismus unterdrückt die Beute die Reaktion auf das weniger bedrohliche Raubtier und reduziert daher die Verarbeitungsanforderungen des Nervensystems13,14,15,16.Theoretisch besteht ein alternativer Mechanismus darin, die Informationen beider Raubtiere zu integrieren und auf das durchschnittliche Signal zu reagieren.eine Strategie, die keinen Aufmerksamkeitsmechanismus erfordert.Es kann in einigen Situationen gut funktionieren, zum Beispiel wenn sich zwei Raubtiere von der gleichen Seite des Tieres nähern, aber es funktioniert nicht, wenn sich Raubtiere aus entgegengesetzten Richtungen nähern.Winkerkrabben bieten eine hervorragende Gelegenheit, die Rolle der visuellen Aufmerksamkeit bei der Vermeidung von Raubtieren zu untersuchen, insbesondere um zu verstehen, wie Arten mit relativ einfachen neuronalen Systemen und begrenzten sensorischen Fähigkeiten auf mehrere Raubtiere reagieren.Winkerkrabben verlassen sich ausschließlich auf visuelle Informationen, um ihren Raubtieren zu entkommen, und die Fähigkeiten und Einschränkungen ihres visuellen Systems sind gut dokumentiert (überprüft von17,18).Diese Attribute ermöglichen eine detaillierte Interpretation des Krabbenverhaltens.Ihre Facettenaugen befinden sich auf langen Stielen, die jederzeit senkrecht zum Sichthorizont gehalten werden19,20.Jedes Facettenauge einer Winkerkrabbe hat ein Sichtfeld von 360 ° mit einer Abtastauflösung, die entlang des Sichthorizonts variiert.Ihre geringe Körpergröße begrenzt ihr räumliches Auflösungsvermögen21,22,23, das im seitlichen Sichtfeld der Krabben bei 1,9 c/Grad gipfelt, direkt ausgerichtet mit ihrer Körperlängsorientierung24,25.Folglich können Winkerkrabben nicht viele räumliche Details auflösen, die bei der Identifizierung von Raubtieren durch Form und Muster hilfreich sein könnten20,24,25,26.Daher behandeln diese Krabben alle Bewegungsreize über dem Horizont als potenzielle Bedrohungen26,27 und sogar einfache Dummy-Raubtiere können zuverlässige Anti-Raubtier-Reaktionen hervorrufen, die denen von echten Raubtieren ähnlich sind (z. B. 26,28,29,30,31).Studien aus Labor- und Feldexperimenten20,26,28,31,32,33,34 haben gezeigt, dass Winkerkrabben den Zeitpunkt und die Wahrscheinlichkeit ihrer Fluchtreaktionen auf visuelle Hinweise wie Expansionsgeschwindigkeit, Netzhautgeschwindigkeit, Winkelgröße, Kontrast und Höhe über dem Horizont zur Bewertung des Risikos28,32,33,35.Wir haben zuvor die Fluchtreaktion von Winkerkrabben unter natürlichen Bedingungen im Feld untersucht, als sie zwei sich gleichzeitig nähernden Dummy-Raubtieren gegenüberstanden.Das Experiment war so angelegt, dass das Raubtier, das anfänglich weniger Netzhautbewegungen verursachte und daher als weniger bedrohlich erschien, sich schließlich näherte und zum bedrohlicheren Objekt 14 wurde. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass sich die Krabben so verhielten, als ob sie nur einem Raubtier gegenüberstanden.Sie reagierten auf das Raubtier, das im Laufe der Annäherung zum gefährlicheren Raubtier werden sollte, und unterdrückten ihre meist frühere Reaktion auf den letztlich weniger bedrohlichen Reiz.Diese Ergebnisse deuteten auf eine mögliche Rolle der prädiktiven selektiven Aufmerksamkeit im Fluchtverhalten der Krabben hin.Obwohl Feldbeobachtungen die Tiere in einem natürlichen Kontext testen, ist die natürliche Umgebung komplex, hochdynamisch und enthält oft widersprüchliche und neuartige Reize.Folglich ist es schwierig und oft unmöglich, die sensorischen Informationen, die Tieren zur Verfügung stehen, genau zu kontrollieren und zu identifizieren, welche Informationen in einem funktionalen Kontext verhaltensrelevant sind.Die Identifizierung der zugrunde liegenden Mechanismen, die die selektive Aufmerksamkeit lenken, erfordert daher auch Laborexperimente unter kontrollierteren Bedingungen.Klare Korrelationen zwischen Aufmerksamkeitsverhalten und neuronalen Aktivitäten legen nahe, dass die Untersuchung neuronaler Systeme Details über den Mechanismus der selektiven Aufmerksamkeit liefern könnte, der dem Verhalten von Tieren zugrunde liegt.Wenn zum Beispiel Honigbienen (Apis mellifera) mit konkurrierenden visuellen Stimuli konfrontiert wurden, ging die Auswahl des hervorstechendsten Stimulus durch Neuronen in der Medulla den endgültigen Verhaltensentscheidungen der Bienen voraus36.Tang und Juusola37 haben gezeigt, dass Fliegen (Drosophila melanogaster), die konkurrierenden Bewegungsreizen auf ihrer linken und rechten Seite ausgesetzt waren, einen Reiz nach dem anderen auswählten und versuchten, sich in seine Richtung zu drehen.Die neurale Ausgabe der Sehlappen bei Fliegen wechselt und nimmt auf der Seite zu, die für die Körperdrehung ausgewählt wurde, und wird auf der gegenüberliegenden Seite unterdrückt.Das Verständnis der neuronalen Mechanismen könnte letztendlich auch das Design neuartiger Informationsverarbeitungseinheiten beeinflussen, die für autonome Roboter geeignet sind (z. B. 38,39,40).Die neuronale Struktur, die wahrscheinlich Krabbenfluchtreaktionen zugrunde liegt, wurde zuvor unter Verwendung von intrazellulärer Aufzeichnung in vivo identifiziert.Medan et al.41 beschrieben vier Klassen von Lobula Giant (LG)-Neuronen mit unterschiedlicher Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Bewegungsparametern.Zwei Klassen von LG-Neuronen, „Monostratified Lobula Giant 1“ (MLG1) und „Monostratified Lobula Giant 2“ (MLG2), haben sich als sehr empfindlich gegenüber drohenden Reizen erwiesen und spielen eine Schlüsselrolle bei der visuomotorischen Koordination, die für Fluchtreaktionen erforderlich ist41, 42,43.MLG1-Neuronen bilden eine Gruppe von 14–16 Einheiten, die über das retinotope Mosaik der Lobula verteilt sind44.Jede Einheit hat ein großes (> 90 Grad) und ungleichmäßiges Empfangsfeld, das auf einen bestimmten Teil des visuellen Raums reagiert.Diese Anordnung macht sie geeignet, um Informationen über die Positionen von Objekten zu codieren und zu übermitteln41,42,45,46.Im Gegensatz dazu scheint es nur ein Element des MLG2-Neurons pro Lobula mit einem gleichmäßigeren rezeptiven Feld zu geben, das den gesamten visuellen Raum der Krabbe (360°) umfasst41,42.MLG2 übermitteln die Information, um die Geschwindigkeit des Fluchtlaufs anzupassen43,46.Während es keine Messungen der MLG-Neuronenaktivität bei sich verhaltenden Krabben gibt, haben Sztarker und Tomsic47 gezeigt, dass Änderungen in der Reaktionsrate von MLG-Neuronen Verhaltensänderungen als Reaktion auf sich ändernde Reizmerkmale, Betrachtungsbedingungen, saisonale Schwankungen47 und Lernen48 genau widerspiegeln.Darüber hinaus haben Tomsic et al.48 gezeigt, dass die Reaktionen von MLG-Neuronen den Verhaltensreaktionen um 120 ms vorausgehen.Angesichts dieser Übereinstimmung wird angenommen, dass LG-Neuronen im Entscheidungsprozess für visuell geführtes Fluchtverhalten von grundlegender Bedeutung sind47.Daher ist es eindeutig sinnvoll, auf MLG-Neuronen abzuzielen, um den Mechanismus der selektiven Aufmerksamkeit beim Fluchtverhalten von Winkerkrabben zu untersuchen.In der aktuellen Studie führen wir Verhaltens- und neuronale Experimente unter kontrollierten experimentellen Bedingungen durch, um die Rolle der selektiven Aufmerksamkeit bei Fluchtentscheidungen von Winkerkrabben zu testen.Wir bauen auf früheren Feldarbeiten auf, indem wir versuchen, die Strategie der Reizauswahl zu erklären, wenn die Krebse mehreren Reizen ausgesetzt sind, und den Mechanismus der Aufmerksamkeit bei dieser Art durch Elektrophysiologie zu erforschen.Für diese Zwecke ändern wir den Kontrast, um das Bedrohungssicherheitsniveau zu manipulieren;es wird angenommen, dass ein höherer Kontrast ein höheres Risiko anzeigt.Wir haben zuerst die Verhaltens- und neuralen (dh MLG-neuronalen) Reaktionen der Krabben auf zwei identische Stimuli gemessen, die sich gleichzeitig nähern, um zu zeigen, dass Krabben selektiv nur auf einen reagieren und die Reaktion auf den anderen Stimulus unterdrücken.Dann testeten wir die Reaktionen der Krabben auf zwei simultane Stimuli mit unterschiedlichen Kontrasten, die unterschiedliche Ebenen der Bedrohungssicherheit repräsentieren sollten.Wir haben diese Reaktionen mit einzelnen sich abzeichnenden Stimuli mit äquivalenten Kontrasten verglichen, um zu zeigen, dass Krabben sich dafür entscheiden, nur auf das Raubtier zu reagieren, das das höhere Risiko darstellt, wenn das Prädationsrisiko zwischen den Stimuli variiert.Aufgrund der Variation der räumlichen Abtastauflösung über das Gesichtsfeld von Krabben24,25 und der Tatsache, dass Winkerkrabben am schnellsten laufen, wenn sie sich seitwärts bewegen49, haben wir auch die Auswirkung der Körperorientierung der Krabben auf die Bestimmung des Raubtiers analysiert, vor dem sie „gewählt“ haben, wann sie davonlaufen Sie sind gleichzeitig identischen Reizen ausgesetzt.Fiedlerkrabben der Art Gelasimus Damtieri (ehemals Uca Damtieri) wurden aus dem Wattenmeer in der Nähe von Broome (− 17,9 ° S, 122,2 ° E), Westaustralien, gesammelt.Die Fiedlerkrabben wurden in einem künstlichen Wattenmeer an der University of Western Australia untergebracht und einem Gezeitenzyklus der Meerwasserüberschwemmung ausgesetzt.Die Krabben wurden unter einem täglichen 12L:12D-Lichtregime gehalten, das UV einschließt, und ihre Ernährung wurde mit Fischfutter ergänzt.Insgesamt wurden 50 Krabben (25 Weibchen, 25 Männchen) und 23 Krabben (14 Weibchen, 9 Männchen) in den Verhaltens- bzw. intrazellulären Experimenten verwendet.Krabben hatten eine Panzerbreite von 15,2 bis 23,6 mm (gemessen zwischen den seitlichen Panzerstacheln).Um jede Krabbe leicht identifizieren zu können, wurden die Tiere in einen unterteilten Kunststofftank überführt, der bis zu einer Tiefe von mindestens 1 cm mit Meerwasser gefüllt war, das für die Experimente verwendet werden sollte.Gezeitenüberschwemmung, Lichtzyklus, Ernährung, Wasserqualität und Tierpflegeroutine waren in beiden Einrichtungen gleich.Die Tiere wurden gemäß dem UWA-Tierethikprotokoll RA/3/100/1515 zur Verwendung zugelassen.Ein Laufbandaufbau wurde verwendet, um die Reaktion von Winkerkrabben auf einzelne gegenüber gepaarten Stimuli zu testen35 (Abb. 1A).Zwei unabhängige Verhaltensexperimente wurden mit zwei nahezu identischen Aufbauten, die sich in Ballgröße und -gewicht unterschieden, durchgeführt (siehe Abschnitt „Stimuli und Behandlung“ für Einzelheiten).Das Laufband für Versuch 1 war eine luftgepolsterte Styroporkugel (Außendurchmesser \(\approx\) 11,8 cm, Gewicht = 8,2 g).Das Laufband für Experiment 2 enthielt eine Styroporkugel mit den gleichen Außenabmessungen, die jedoch zur Verringerung des Trägheitsmoments ausgehöhlt war (Innendurchmesser \(\ca\) 9,8 cm, Gewicht = 5,87 g)50.In beiden Fällen wurden Krebse auf die Kugel gesetzt und mittels einer kleinen und leichten Magnetkugel (Gewicht = 0,315 g (Magnet + Stab), Magnetdurchmesser = 2 mm) an einem gleitenden, kreisförmigen Kohlefaserstab angebunden zu seinem Ende.Eine entsprechende kleine, magnetische Scheibe (Gewicht = 0,02 g, Durchmesser = 2 mm) wurde auf den Frontalbereich des Krabbenpanzers geklebt (Loctite Sekundenkleber, Ethylcyanoacrylat).Der kreisförmige Querschnitt der Gleitstange ermöglichte es den angebundenen Krebsen, sich um ihre vertikale Achse zu drehen und frei in jede Richtung zu gehen, wodurch sich die Kugel darunter drehte.Experimentelle Aufbauten und Stimuluskonfigurationen.(A) Das Verhaltensexperiment wurde auf einem luftgepolsterten Laufband durchgeführt.Stimuli wurden entweder auf einem oder zwei der vier Computermonitore rund um das Laufband präsentiert.Die Krabbe wurde von einer an ihrem Panzer befestigten Stange an Ort und Stelle gehalten, die es ihr ermöglichte, auf und ab zu gleiten und sich frei um die Mitte der Kugel zu drehen, sich jedoch nicht wegzubewegen.(B) Die intrazelluläre In-vivo-Elektrophysiologie umfasste das Einführen einer Elektrode in den Sehlappen einer Krabbe, um die Antworten einzelner Neuronen auf Stimuli aufzuzeichnen, die auf zwei rechtwinklig nebeneinander angeordneten Computermonitoren präsentiert wurden.Die Krabbe wurde durch Kleben an einem Metallstab festgehalten und die Augenstiele wurden durch Kleben an einem Holzpfosten in einer annähernd natürlichen Position stabilisiert.Ein kleines Stück Kutikula wurde von der Spitze des Augenstiels entfernt, um Zugang zu den Sehlappen zu schaffen.(C) Die Stimuli für die Verhaltensexperimente bestanden aus (1) einem einzelnen drohenden Stimulus, der auf einem der vier Monitore (Single) präsentiert wurde.(2) Ein Paar drohender Stimuli, die auf einem von zwei benachbarten Monitoren präsentiert werden (gepaart 90).(3) Ein Paar sich abzeichnender Stimuli, die auf zwei beliebigen gegenüberliegenden Monitoren präsentiert werden (gepaart 180).Die für die Elektrophysiologie verwendeten Stimuli waren die gleichen, außer der Paired 180-Konfiguration, und die Stimuli wurden nur auf zwei Monitoren präsentiert.Die Laufbänder waren beide von vier LCD-Monitoren (55,6 cm × 39,85 cm, 1920 × 1200 Pixel bei 60 Hz, Dell U2412M) umgeben, die 27 cm von der Ballmitte entfernt positioniert waren, um die Stimuli darzustellen.Die Monitore wurden auf Kontrastlinearität kalibriert.Die Monitorstrahlung wurde unter Verwendung eines Radiometers (ILT1700, International Light Technologies) bei allen Pixelwerten von 0 („schwarz“) bis 255 („weiß“) gemessen.Dann wurde eine Nachschlagetabelle berechnet, um sicherzustellen, dass sich die Strahlung des Bildschirms linear mit Änderungen des Pixelwerts änderte.Alle visuellen Stimuli wurden mit einem einzigen PC unter Verwendung einer speziell entwickelten Präsentations- und Datenerfassungssuite basierend auf MATLAB R2017b (MathWorks) und Psychtoolbox (Psychtoolbox-3, http://psychtoolbox.org/) generiert.Das Krabbenverhalten wurde mit einem Video-Camcorder (HDR-CX550, Sony) bei 25 fps für Experiment 1 und einer digitalen HD-Videokamera (FLIR Grasshopper 3) bei 90 fps für Experiment 2 aufgenommen. In beiden Fällen wurden die Kameras direkt positioniert über der Testarena.Um eine Gewöhnung51,52 zu vermeiden, wurde jede einzelne Krabbe an einem bestimmten Tag nur zwei Reizen ausgesetzt und nur jeden zweiten Tag getestet.Krabben wurden mindestens drei Minuten vor dem ersten Stimulus in das Laufband eingeführt und ihr Verhalten wurde überwacht, um sicherzustellen, dass sie sich vor dem Test akklimatisiert hatten.Die beiden Stimuli waren zeitlich um mindestens drei Minuten getrennt.Videosequenzen wurden mit Stimulusereignissen synchronisiert, indem auf dem Stimulusmonitor ein kleines Quadrat angezeigt wurde, das nur erschien, wenn der Stimulus begann, und verschwand, wenn er endete.Ein kleiner Spiegel wurde in der experimentellen Arena platziert, um das kleine Quadrat in das Sichtfeld der Kamera zu reflektieren und es aus dem Sichtfeld der Krabbe zu verdunkeln.Die Monitore wurden verwendet, um computergenerierte Stimuli anzuzeigen, die Raubtiere simulierten, die sich den Krabben auf direktem Kollisionskurs näherten.Stimuli waren dunkle, sich abzeichnende Scheiben, die auf einem 50 % grauen Hintergrund präsentiert wurden.Alle Stimuli wurden so berechnet, dass sie ein Objekt mit einem Durchmesser von 30 mm nachahmen, das sich mit einer konstanten Geschwindigkeit von 200 mm/s aus einer Startentfernung von 5000 mm nähert.Für Krabben im Gerät dehnten sich diese Reize somit von einem Objekt mit einem Durchmesser von 0,34° aus, bis es den Monitor ausfüllte.Da Winkerkrabben ihre Augen immer auf den visuellen Horizont ausrichten19,20, wurde am unteren Rand aller vier Monitore auf Augenhöhe der Krabbe ein stationärer grauer horizontaler Balken angezeigt, um eine natürliche Augenausrichtung und -orientierung zu gewährleisten.Reize erschienen bei 15° über dem visuellen Horizont der Krabben.Experiment 1 enthielt drei Behandlungen, die es uns ermöglichten, zu identifizieren, wie Krabben Signale von zwei sich gleichzeitig nähernden Raubtieren integrieren.Alle Stimuli waren im Kontrast identisch (– 100 % Weber-Kontrast).Behandlung eins war ein einzelner Stimulus (Single, Fig. 1C).Behandlung zwei enthielt zwei identische Stimuli, die sich gleichzeitig mit einem Winkelabstand von 90° näherten (gepaart 90, Fig. 1C).Behandlung drei enthielt zwei identische Stimuli, die sich gleichzeitig mit einem Winkelabstand von 180° näherten (gepaart 180, Fig. 1C).Die Fluchtrichtungen der Krabben wurden analysiert, um zu sehen, ob sie selektive oder geteilte Aufmerksamkeit verwendeten.Wenn eine Krabbe beispielsweise selektiv nur einen der gepaarten 90 Reize beachtet, würde dies dazu führen, dass die Krabbe direkt von diesem Raubtier wegläuft35, während die geteilte Aufmerksamkeit dazu führt, dass die Krabbe das Signal von beiden Raubtieren integriert und in eine Richtung davonläuft maximiert den Abstand zwischen beiden Räuberreizen.Bei der Paired 180-Behandlung legen die beiden Stimuli dem neuralen System direkt widersprüchliche Informationen auf, und selektive Aufmerksamkeit würde dazu führen, dass die Krabbe von einem Raubtier wegläuft, aber auf das andere zuläuft, während geteilte Aufmerksamkeit dazu führen würde, dass die Krabbe in eine Richtung läuft, die beiden erfolgreich ausweicht.Daher kann die Escape-Antwort auf Paired 180 einen anderen Mechanismus im Vergleich zu Paired 90 widerspiegeln.Experiment 2 umfasste vier Behandlungen: Single Low Contrast (LC), Single High Contrast (HC), Paired 90 und Paired 180. Niedriger und hoher Kontrast für die einzelnen Behandlungen beziehen sich auf einen einzelnen drohenden Stimulus, dessen Pixelwert geändert wurde, um Kontrast zu erzeugen Werte (Kontrast nach Weber) von − 40 % und − 100 % bei einem konstanten Hintergrund von 50 % Grau.Gepaarte Stimuli (gepaart 90 und gepaart 180) enthielten die gleichzeitige Annäherung eines kontrastarmen Stimulus (– 40 %) und eines kontrastreichen Stimulus (– 100 %), die sich wie oben beschrieben in der Winkeltrennung unterschieden.Das Ändern des Kontrasts der Stimuli sollte das Sicherheitsniveau der Bedrohung modifizieren, wobei angenommen wurde, dass ein geringerer Kontrast weniger und/oder spätere Reaktionen hervorruft (vorläufige Ergebnisse).Die Reihenfolge der Präsentation wurde unter Verwendung eines lateinischen Quadratdesigns randomisiert, mit Krabben als Spalten und Behandlungen als Reihen.Dies ermöglicht die Randomisierung der Stimulus-Reihenfolge, während sichergestellt wird, dass jede Krabbe jeden Stimulus einmal sieht und die Stimulus-Reihenfolge über alle Krabben hinweg ausgeglichen war53.Für die Experimente 1 und 2 wurden verschiedene lateinische Quadrate verwendet.Videomaterial wurde mit FFmpeg (ffmpeg.org) vom MTS- in das AVI-Format konvertiert.Das Verhalten der Krabben wurde dann mit einer maßgeschneiderten Digitalisierungssoftware in MATLAB54 digitalisiert.Unter Verwendung dieser Software wurde die Position jeder Krabbe in der horizontalen Ebene (x und y) und ihre Körperorientierung (Winkel in der horizontalen Ebene in Bezug auf den Stimulus) extrahiert, und alle Verhaltensweisen wurden relativ zur berechneten „Zeit bis zur Kollision“ von aufgezeichnet der Reiz.Die Zeit bis zur Kollision beschreibt somit die Differenz zwischen einer Verhaltensbeobachtung und der verbleibenden Zeit bis zur theoretischen Kollision des virtuellen Reizes mit der Krabbe.Die Einleitung des Fluchtlaufs wurde anhand der Videowiedergabe visuell identifiziert (ein Beispielvideo einer Krabbe, die auf einen drohenden Reiz reagiert, ist im „Ergänzungsmaterial S1“ enthalten).„Laufen“ wurde markiert, wenn sich alle Beine der Krabbe schnell mindestens einen Schritt in eine Richtung bewegten.Die Fluchtrichtung (die Richtung, in die die Krabben relativ zum Stimulus liefen) wurde manuell digitalisiert.Die Daten wurden dann zur statistischen Analyse in die Open-Source-Software R (R Core, 2017) importiert.Für Experiment 1 testeten wir die Wirkung der Räuberbehandlung (einzeln, gepaart 90 oder gepaart 180) auf die Fluchtwahrscheinlichkeit, das Timing und die Fluchtrichtung (Einzelheiten im Abschnitt „Statistiken“ unten).In Experiment 2 haben wir eine Wechselwirkung von Kontrastmittel und Predator-Behandlung (LC, HC, Paired 90 und Paired 180) auf Fluchtwahrscheinlichkeit und Timing getestet (Details im Abschnitt „Statistiken“ unten).Eine detaillierte Analyse der Wirkung des Stimuluskontrasts auf die Fluchtrichtung wird in einem separaten Artikel vorgestellt.Lineare Mixed-Effects-Modelle (LME), die mit Maximum-Likelihood- und Generalized Linear Mixed-Effects-Modellen (GLMMs) ausgestattet sind, wurden verwendet, um unter Verwendung des R-Pakets „lme4“55 die Auswirkungen der Behandlung auf die Stimuluszeit bis zur Kollision bzw. die Reaktionswahrscheinlichkeit zu testen.Die Zeit bis zur Kollision wurde quadratwurzeltransformiert, um die Verteilung der Residuen zu verbessern.Wir haben auch die Auswirkungen der Panzergröße, des Geschlechts der Krabben und der Reihenfolge der Präsentation getestet.Behandlung und Geschlecht wurden als kategoriale Variablen behandelt, während Panzergröße und Präsentationsreihenfolge als kontinuierliche Variable behandelt wurden.In alle Modelle wurde ein zufälliger Intercept-Term von Individuen aufgenommen, die innerhalb der Gruppe verschachtelt sind, um wiederholte Messungen an denselben Individuen zu berücksichtigen und um Effekte zu berücksichtigen, die mit der Messung von Gruppen von Krabben zu unterschiedlichen Zeiten verbunden sind.Die Signifikanz (p < 0,05) wurde bestimmt, indem die Anpassung jedes Modells mit einem reduzierten Modell verglichen wurde, und alle dargestellten p-Werte wurden geschätzt, indem die Anpassung jedes Modells mit einem endgültigen Modell verglichen wurde (unter Verwendung von Likelihood-Ratio-Tests), das nur signifikante Terme enthielt.Die Annahmen der Modelle wurden überprüft, indem die Verteilung der Residuen (unter Verwendung von Q-Q-Diagrammen) untersucht und Diagramme der standardisierten Residuen gegen die angepassten Werte für jedes Modell untersucht wurden.Post-hoc-Tests wurden durchgeführt, um einen Unterschied zwischen den Niveaus unseres Behandlungsfaktors zu testen, indem die geschätzten Randmittel aus der Modellausgabe unter Verwendung des R-Pakets „emmeans“56 verglichen wurden.P-Werte wurden für Mehrfachvergleiche unter Verwendung der Tukey-Methode angepasst.Dasselbe Paket wurde verwendet, um die geschätzten Randmittel und Standardfehler aus den Modellen zu extrahieren, die zum Plotten verwendet werden sollten.Die Mittelwerte und Standardfehler wurden für Zahlen zurücktransformiert, sodass die Werte auf einer intuitiven Skala interpretiert werden konnten.Die Experimente 1 und 2 wurden unabhängig voneinander analysiert.In Experiment 1, in dem alle Stimuli den gleichen Kontrast hatten, fanden wir keinen Unterschied in der Reaktionswahrscheinlichkeit und im Reaktionszeitpunkt als Funktion der Behandlung (siehe „Ergebnisse“).Wir haben daher Kreisstatistiken verwendet, um jeden Unterschied in der mittleren Laufrichtung zwischen Raubfischbehandlungen (Einzel, Paar 90 und Paar 180) zu erkennen.Wir suchten nach Unterschieden in der Laufrichtung als Funktion der Behandlung und nach Faktoren, die die Laufrichtung korrelieren, indem wir kreisförmige Mixed-Effect-Modelle aus dem Statistikpaket „bpnreg“57 verwendeten.In dem experimentellen Design wurden einzelne Raubtierreize zufällig einem der vier Computermonitore zugewiesen, und gepaarte Raubtierstimuli wurden zufällig zwei beliebigen der vier Computermonitoren zugewiesen.Für die statistische Analyse haben wir daher alle Winkel relativ zur Annäherungsrichtung der Stimuli ausgedrückt.Bei der Paired 90-Behandlung wurden die Daten so gedreht, dass sich einer der Stimuli von 0° und einer von 270° näherte, und bei der Paired 180-Behandlung näherte sich einer von 0° und einer von 180° (Abb. 1C).Die Antworten auf die gepaarten Predator-Behandlungen zeigten eine bimodale Verteilung und wurden daher zum Vergleich mit den Antworten auf die analog transformierte Single Predator-Behandlung rotierend in eine unimodale Verteilung transformiert („Ergänzungsmaterial S1“, Abb. S1).Dies wurde durch Multiplizieren der Rohwinkel mit vier (einzelne Verse gepaart 90) oder zwei (einzelne Verse gepaart 180) und dann Nehmen ihres Moduls in Bezug auf 360° durchgeführt.Das bpnreg-Paket verwendet einen bayesianischen Ansatz für Kreisstatistiken und schätzt Modellparameter mit Markov Chain Monte Carlo (MCMC)-Samplern (siehe 58).Alle Modelle enthielten die Laufrichtung (Grad) als Antwortvariable und die Krabbenidentität als zufälligen Effekt, um mehrere Messungen an derselben Person zu berücksichtigen.Anschließend verglichen wir ein reines Intercept-Modell mit einem Modell, das eine Predator-Behandlung enthielt, um zu testen, ob die Behandlung einen signifikanten Effekt auf die mittlere Laufrichtung hatte.Die Modelle wurden unter Verwendung des Abweichungsinformationskriteriums (DIC und DICalt) und des Watanabe-Akaike-Informationskriteriums (WAIC1 und WAIC2) verglichen.Darüber hinaus wurde ein signifikanter Unterschied zwischen den Behandlungsniveaus dadurch bestimmt, ob sich die 95 % der höchsten Unsicherheitsintervalle für die hintere Dichte (HPD UI) für die untere Grenze (LB) und die obere Grenze (UB) überschnitten (kein Unterschied).Für alle Modelle haben wir 10.000 Iterationen mit einer Burn-In-Periode von 1000 Iterationen und einer Verzögerung von drei ausgeführt (dh jede dritte Iteration beibehalten).Trace-Plots wurden inspiziert, um festzustellen, ob die Modelle konvergiert waren.Wir haben getestet, ob sich die Körperorientierung auf die Laufrichtung auswirkt.Zu diesem Zweck haben wir Körperorientierungsvektoren in eine kategoriale Variable (90°-Bins) umgewandelt, die erfasst werden soll, wenn sich die Raubtierreize der Seitenachse der Krabben und/oder der vorderen/hinteren Achse der Krabben nähern.Wir haben auch einen Effekt der Lateralisierung auf Fluchtreaktionen bei männlichen Krabben getestet, indem wir die Position der großen Klaue relativ zur Stimulus-Annäherungsrichtung markiert haben.Es gab keine Auswirkung der Klauenorientierung (ergänzende Materialtabelle S1).Daher behandelten wir die Fluchtrichtungen für die Paired 180-Behandlung als axiale Daten, wenn wir den Effekt der Körperorientierung testeten, und transformierten die Daten in eine unimodale Verteilung für Zirkularstatistiken.Eine Winkerkrabbe wurde aus der Halteeinrichtung entfernt und ihr Panzer mit Loctite-Sekundenkleber (Ethylcyanoacrylat) an eine vertikale Metallstange geklebt.Der Stab mit dem Krebs wurde in der Mitte zweier im rechten Winkel zueinander angeordneter LCD-Monitore (1920 × 1200 Pixel bei 60 Hz, Dell U2412M) positioniert (Abb. 1B).Beide Augen wurden in einer ungefähr natürlichen Position (~ 90° von der horizontalen Linie) durch Kleben (Loctite Sekundenkleber) der Augenstiele auf einen Holzpfosten stabilisiert (Abb. 1B).Die Tiere wurden dann betäubt, indem sie in eine 3:1-Mischung aus zerstoßenem Eis und Meerwasser eingesetzt wurden.Um Zugang zu den LG-Neuronen zu erhalten, wurde ein kleiner Einschnitt unter Verwendung einer scharfen Rasierklinge vorgenommen und ein kleines Stück Kutikula von der Oberseite des Augenstiels entfernt, ohne den Ommatidienbereich zu beschädigen.Die Krabbe wurde wieder auf Raumtemperatur gebracht, indem der untere Teil ihres Körpers in Meerwasser gelegt wurde.Die Krabben blieben danach für die gesamte Dauer des Experiments im Meerwasser.Mikroelektroden aus Borosilikatglasröhren (World Precision Instruments, Inc; 1,2 mm Außendurchmesser, 0,68 mm Innendurchmesser) wurden auf einem laserbasierten Mikropipettenzieher (P-2000, Sutter Instrument, Novato, CA, USA) gezogen, was Spitzenwiderstände von 60 ergab –100 MΩ bei Füllung mit 1 M Kaliumchlorid.Die Elektrode wurde dann durch den kleinen Einschnitt in den Sehlappen eingeführt.Ein abgeschirmtes Silber/Silberchlorid-Pellet wurde in das Meerwasserbad mit der Krabbe gegeben und diente als Bezugselektrode.Membranpotentiale wurden über einen Verstärker (Getting Model 5A, Getting Instruments, San Diego, CA, USA) aufgezeichnet, der über eine 16-Bit-Datenerfassungskarte (USB-6353, National Instruments, Austin, TX, USA) mit einem Computer verbunden war bei 10kHz.Die zwei Monitore wurden auf einer rotierenden Plattform montiert und die Krabben wurden 27 cm von den Bildschirmen entfernt im Rotationszentrum positioniert.Die Rückseite der Monitore und Kabel wurde mit Aluminiumfolie abgedeckt, um elektrisches Rauschen zu reduzieren.Der gesamte Aufbau war in einem Faraday-Käfig untergebracht.Sobald die Penetration des Neurons durch die Änderung des Membranpotentials identifiziert wurde, wurde der Zelltyp identifiziert, indem eine Hand um das Tier herum bewegt und ein Lichtblitz abgegeben wurde41.Die Monitore wurden um die Krabbe gedreht, um das rezeptive Feld eines Neurons abzudecken, wie es durch die Handbewegungen geschätzt wurde.Der Faraday-Käfig war vollständig mit schwarzen Verdunklungsjalousien bedeckt, um jegliche visuelle Stimulation von außen zu blockieren.Nat.Artikel CAS PubMed PubMed CentralGoogle ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarNat.Artikel CAS PubMed PubMed CentralGoogle ScholarArtikel CAS PubMed PubMed CentralGoogle ScholarArtikel CAS PubMed PubMed CentralGoogle ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarNat.Artikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarArtikel PubMed PubMed CentralGoogle ScholarArtikel CAS PubMed PubMed CentralGoogle ScholarArtikel CAS PubMed PubMed CentralGoogle ScholarArtikel CAS PubMed Google ScholarNat.Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:Leider ist für diesen Artikel derzeit kein teilbarer Link verfügbar.Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt