Title (eng)
Colour vision in Cupiennius salei - a behavioural approach with virtual reality
Parallel title (deu)
Farbsehen in Cupiennius salei - ein Verhaltensexperiment mit virtueller Realität
Author
Maximilian Hofbauer
Advisor
Axel Schmid
Assessor
Axel Schmid
Abstract (deu)
Das visuelle System der nachtaktiven Jagdspinne Cupiennius salei Keys, ist einer der am besten untersuchten Sinne bei Spinnen. Diese Spinne hat acht Augen, die sich in zwei Reihen angeord- net, in der frontalen Region des Prosomas befinden. Elektroretinogramme und intrazellula ̈re Ableitung zeigen eine breite spektrale Sensitivita ̈t die von etwa 300 nm bis 650 nm reicht. Diese Bandbreite wurde auch in Verhaltensexperimenten best ̈atigt. Die vorliegende Studie besch ̈aftigt sich mit der Frage ob C. salei Targets (Rechtecke) nur durch Verwendung der Farbinformation von einem einfarbigen Hintergrund unterscheiden kann. Die Spinnen zeigen ein ausgepra ̈gtes Interesse an vertikalen Strukturen und laufen auf diese zu. Es wurden sowohl blaue Targets auf gru ̈nem Hintergrund, als auch gru ̈ne Targets auf blauem Hintergrund in verschiedenen Intensita ̈ten pra ̈sentiert. Die Verhaltensantwort auf diese beiden Konditionen wurde in zwei verschiedenen experimentellen Aufbauten getestet. In beiden Fa ̈llen wurde sowohl das Target und der Hintergrund mittels Projektoren projiziert und deren Kontrastverhältnis vera ̈ndert.
Experiment I wurde mit frei laufenden Spinnen in einer 210 cm x 210 cm großen Arena durchgefü ̈hrt. In dieser Arena wurde der Hintergrund und das Target (Breite 42 cm, Ho ̈he 70 cm ) an die Hinterwand projiziert. Cupiennius salei brauchte einen Kontrast von 0.4 (Tar- get blau) bzw. 0.6 (Target grün) um das Target signifikant o ̈fter als die anderen Bereichen der Arena anzulaufen.
Im Rahmen von Experiment II wurde eine Virtuelle Realität (VR) mit einem Laufkompensator entwickelt (SpiderVR). SpiderVR ermo ̈glicht es einer frei laufenden Spinne virtuelle Stimuli zu pra ̈sentieren, wobei die Spinne auf einer Kugel platziert wird und durch eine Kompensations- bewegung immer an der gleichen Stelle gehalten wird. Die die Spinne umgebende Projektion ist homogen und umfasst 360° horizontal und 50° vertikal. Die Gr ̈oße eines einzelnen Pixels im visuellen Feld der Spinne beträgt weniger als 0.2° und ist somit unterhalb der Auflösungsgrenze ihrer Augen. In Experiment II wurde um die Spinne herum ein virtueller Zylinder mit einem Durchmesser von 400 cm simuliert, der in acht gleich große vertikale Segmente geteilt wurde. Jeweils sieben dieser Segment wurden in der Farbe des Hintergrunds gefa ̈rbt und eines in der des Targets. Wie in Experiment I waren Targets nur dann attraktiv wenn sie dunkler waren als der Hintergrund. Jedoch war schon ein Kontrast von 0.25 ausreichend um dieses Verhalten auszulösen.
Wenn Farbsehen in diesem Verhalten eine Rolle spielt, mu ̈sste Cupiennius salei das Target in allen Konditionen sehen, und, wenn sonst keine Struktur gegeben ist, auf dieses zulaufen. Dies konnte in den hier durchgeführten Versuchen nicht besta ̈tigt werden, somit wird angenom- men, dass in diesem Verhaltenskontext Farbwahrnehmung keine Rolle spielt. Des weiteren wird angenommen, dass dieses Verhalten durch Kontrastwahrnehmung zustande kommt, und helle Targets kein attraktives Ziel darstellen.
Abstract (eng)
The visual system of the nocturnal hunting spider Cupiennius salei (KEYSERLING, 1877) is one of the best investigated of all spiders. This spider has eight eyes in the frontal region of the prosoma, arranged in two rows. Electroretinograms and intracellular recordings show a broad spectral sensitivity from about 300 nm - 650 nm. Furthermore, three types of photoreceptor cells with different spectral peak sensitivities at UV (340 nm), blue (480 nm) and green (520 nm) were found. These findings are also reflected in behavioural experiments, but showing a shift to longer wavelengths. These findings raise the question if C. salei uses colour as an additional cue to assess their environment.
On several occasions it has been shown that this species is attracted to square shaped vertical targets. In this study, this behaviour is used to test if C. salei can discriminate a target from a background only by its chromatic properties. For this reason homogeneous backgrounds, either blue or green, were used in combination with darker or brighter tar- gets of the opposite colour. The contrast ratio was changed by altering the intensity of both colours. As the environment was otherwise as feature less as possible, the target was providing the only vertical structure and therefore should be preferred by the spider. If colour vision is used in this task, spiders should be able to detect and approach the target in all contrast ratios/settings.
The response was tested in two different experimental set-ups, both using the same tech- nique of projecting the target and the background on a white surface. Experiment I was conducted with free running spiders in a 210 cm x 210 cm arena with the rear wall being projected at. This wall contained both the target, a square of 42 cm x 70 cm and the background, spanning over the whole wall. For both colours a contrast ratio between the background and the target of 0.4 and 0.6 was needed to evoke a significant response. Experiment II was conducted in a virtual reality (VR) set-up called SpiderVR. The un- tethered spider was put on a 2D treadmill that compensated for its movements. The surrounding VR provided a seamless 360° projection (vertical about 50°) with a spatial resolution of less than 0.2° per pixel and a temporal resolution of 60 fps. Both spatial and temporal resolution of the set-up are higher than the resolution of the spider eyes and thus individual pixels and frames are not perceived separately.
The background was projected all around the spider, and one target was shown. As in experiment I the spiders showed a significant preference only for targets darker than the background. However, a contrast ratio of 0.25 was enough to evoke this behaviour.
Results show that Cupiennius salei only approaches targets darker than the background. An intensity contrast between the background and the target of at least 0.25 is needed to evoke a solid response. Therefore it is suggested, that this behaviour rather relies on contrast than on colour vision.
Keywords (eng)
colour visionbehavioural testspectral sensitivityvirtual realityCupiennius saleispidervision
Keywords (deu)
FarbsehenVerhaltensbiologieSpektrale Sensitivitätvirtuelle Realität Cupiennius saleiSpinnen
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
47 S. : graph. Darst.
Number of pages
53
Study plan
Masterstudium Verhaltens-, Neuro- und Kognitionsbiologie
[UA]
[066]
[878]
Association (deu)
Title (eng)
Colour vision in Cupiennius salei - a behavioural approach with virtual reality
Parallel title (deu)
Farbsehen in Cupiennius salei - ein Verhaltensexperiment mit virtueller Realität
Author
Maximilian Hofbauer
Abstract (deu)
Das visuelle System der nachtaktiven Jagdspinne Cupiennius salei Keys, ist einer der am besten untersuchten Sinne bei Spinnen. Diese Spinne hat acht Augen, die sich in zwei Reihen angeord- net, in der frontalen Region des Prosomas befinden. Elektroretinogramme und intrazellula ̈re Ableitung zeigen eine breite spektrale Sensitivita ̈t die von etwa 300 nm bis 650 nm reicht. Diese Bandbreite wurde auch in Verhaltensexperimenten best ̈atigt. Die vorliegende Studie besch ̈aftigt sich mit der Frage ob C. salei Targets (Rechtecke) nur durch Verwendung der Farbinformation von einem einfarbigen Hintergrund unterscheiden kann. Die Spinnen zeigen ein ausgepra ̈gtes Interesse an vertikalen Strukturen und laufen auf diese zu. Es wurden sowohl blaue Targets auf gru ̈nem Hintergrund, als auch gru ̈ne Targets auf blauem Hintergrund in verschiedenen Intensita ̈ten pra ̈sentiert. Die Verhaltensantwort auf diese beiden Konditionen wurde in zwei verschiedenen experimentellen Aufbauten getestet. In beiden Fa ̈llen wurde sowohl das Target und der Hintergrund mittels Projektoren projiziert und deren Kontrastverhältnis vera ̈ndert.
Experiment I wurde mit frei laufenden Spinnen in einer 210 cm x 210 cm großen Arena durchgefü ̈hrt. In dieser Arena wurde der Hintergrund und das Target (Breite 42 cm, Ho ̈he 70 cm ) an die Hinterwand projiziert. Cupiennius salei brauchte einen Kontrast von 0.4 (Tar- get blau) bzw. 0.6 (Target grün) um das Target signifikant o ̈fter als die anderen Bereichen der Arena anzulaufen.
Im Rahmen von Experiment II wurde eine Virtuelle Realität (VR) mit einem Laufkompensator entwickelt (SpiderVR). SpiderVR ermo ̈glicht es einer frei laufenden Spinne virtuelle Stimuli zu pra ̈sentieren, wobei die Spinne auf einer Kugel platziert wird und durch eine Kompensations- bewegung immer an der gleichen Stelle gehalten wird. Die die Spinne umgebende Projektion ist homogen und umfasst 360° horizontal und 50° vertikal. Die Gr ̈oße eines einzelnen Pixels im visuellen Feld der Spinne beträgt weniger als 0.2° und ist somit unterhalb der Auflösungsgrenze ihrer Augen. In Experiment II wurde um die Spinne herum ein virtueller Zylinder mit einem Durchmesser von 400 cm simuliert, der in acht gleich große vertikale Segmente geteilt wurde. Jeweils sieben dieser Segment wurden in der Farbe des Hintergrunds gefa ̈rbt und eines in der des Targets. Wie in Experiment I waren Targets nur dann attraktiv wenn sie dunkler waren als der Hintergrund. Jedoch war schon ein Kontrast von 0.25 ausreichend um dieses Verhalten auszulösen.
Wenn Farbsehen in diesem Verhalten eine Rolle spielt, mu ̈sste Cupiennius salei das Target in allen Konditionen sehen, und, wenn sonst keine Struktur gegeben ist, auf dieses zulaufen. Dies konnte in den hier durchgeführten Versuchen nicht besta ̈tigt werden, somit wird angenom- men, dass in diesem Verhaltenskontext Farbwahrnehmung keine Rolle spielt. Des weiteren wird angenommen, dass dieses Verhalten durch Kontrastwahrnehmung zustande kommt, und helle Targets kein attraktives Ziel darstellen.
Abstract (eng)
The visual system of the nocturnal hunting spider Cupiennius salei (KEYSERLING, 1877) is one of the best investigated of all spiders. This spider has eight eyes in the frontal region of the prosoma, arranged in two rows. Electroretinograms and intracellular recordings show a broad spectral sensitivity from about 300 nm - 650 nm. Furthermore, three types of photoreceptor cells with different spectral peak sensitivities at UV (340 nm), blue (480 nm) and green (520 nm) were found. These findings are also reflected in behavioural experiments, but showing a shift to longer wavelengths. These findings raise the question if C. salei uses colour as an additional cue to assess their environment.
On several occasions it has been shown that this species is attracted to square shaped vertical targets. In this study, this behaviour is used to test if C. salei can discriminate a target from a background only by its chromatic properties. For this reason homogeneous backgrounds, either blue or green, were used in combination with darker or brighter tar- gets of the opposite colour. The contrast ratio was changed by altering the intensity of both colours. As the environment was otherwise as feature less as possible, the target was providing the only vertical structure and therefore should be preferred by the spider. If colour vision is used in this task, spiders should be able to detect and approach the target in all contrast ratios/settings.
The response was tested in two different experimental set-ups, both using the same tech- nique of projecting the target and the background on a white surface. Experiment I was conducted with free running spiders in a 210 cm x 210 cm arena with the rear wall being projected at. This wall contained both the target, a square of 42 cm x 70 cm and the background, spanning over the whole wall. For both colours a contrast ratio between the background and the target of 0.4 and 0.6 was needed to evoke a significant response. Experiment II was conducted in a virtual reality (VR) set-up called SpiderVR. The un- tethered spider was put on a 2D treadmill that compensated for its movements. The surrounding VR provided a seamless 360° projection (vertical about 50°) with a spatial resolution of less than 0.2° per pixel and a temporal resolution of 60 fps. Both spatial and temporal resolution of the set-up are higher than the resolution of the spider eyes and thus individual pixels and frames are not perceived separately.
The background was projected all around the spider, and one target was shown. As in experiment I the spiders showed a significant preference only for targets darker than the background. However, a contrast ratio of 0.25 was enough to evoke this behaviour.
Results show that Cupiennius salei only approaches targets darker than the background. An intensity contrast between the background and the target of at least 0.25 is needed to evoke a solid response. Therefore it is suggested, that this behaviour rather relies on contrast than on colour vision.
Keywords (eng)
colour visionbehavioural testspectral sensitivityvirtual realityCupiennius saleispidervision
Keywords (deu)
FarbsehenVerhaltensbiologieSpektrale Sensitivitätvirtuelle Realität Cupiennius saleiSpinnen
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Number of pages
53
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