Published March 17, 2021 | Version v1
Publication Open

Beyond single discrete responses: An integrative and multidimensional analysis of behavioral dynamics assisted by Machine Learning

Creators

  • 1. Universidad Veracruzana
  • 2. Universidad Anáhuac Xalapa

Description

Abstract Behavioral systems, understanding it as an emergent system comprising the environment and organism subsystems, include spatial dynamics as a primary dimension in natural settings. Nevertheless, under the standard approaches, the experimental analysis of behavior is based on the single response paradigm and the temporal distribution of discrete responses. Thus, the continuous analysis of spatial behavioral dynamics has been a scarcely studied field. The technological advancements in computer vision have opened new methodological perspectives for the continuous sensing of spatial behavior. With the application of such advancements, recent studies suggest that there are multiple features embedded in the spatial dynamics of behavior, such as entropy, and that they are affected by programmed stimuli (e.g., schedules of reinforcement), at least, as much as features related to discrete responses. Despite the progress, the characterization of behavioral systems is still segmented, and integrated data analysis and representations between discrete responses and continuous spatial behavior are exiguous in the Experimental Analysis of Behavior. Machine Learning advancements, such as t-SNE, variable ranking, provide invaluable tools to crystallize an integrated approach for analyzing and representing multidimensional behavioral data. Under this rationale, the present work: 1) proposes a multidisciplinary approach for the integrative and multilevel analysis of behavioral systems, 2) provides sensitive behavioral measures based on spatial dynamics and helpful data representations to study behavioral systems, and 3) reveals behavioral aspects usually ignored under the standard approaches in the experimental analysis of behavior. To exemplify and evaluate our approach, the spatial dynamics embedded in phenomena relevant to behavioral science, namely water-seeking behavior , and motivational opera tions, are examined, showing aspects of behavioral systems hidden until now.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تشمل الأنظمة السلوكية المجردة، وفهمها كنظام ناشئ يضم الأنظمة الفرعية للبيئة والكائن الحي، الديناميكيات المكانية كبعد أساسي في البيئات الطبيعية. ومع ذلك، في ظل النهج القياسية، يعتمد التحليل التجريبي للسلوك على نموذج الاستجابة الواحد والتوزيع الزمني للاستجابات المنفصلة. وبالتالي، فإن التحليل المستمر للديناميكيات السلوكية المكانية كان مجالًا نادرًا ما تمت دراسته. فتحت التطورات التكنولوجية في رؤية الكمبيوتر آفاقًا منهجية جديدة للاستشعار المستمر للسلوك المكاني. مع تطبيق مثل هذه التطورات، تشير الدراسات الحديثة إلى أن هناك العديد من الميزات المضمنة في الديناميكيات المكانية للسلوك، مثل الانتروبيا، وأنها تتأثر بالمحفزات المبرمجة (على سبيل المثال، جداول التعزيز)، على الأقل، بقدر الميزات المتعلقة بالاستجابات المنفصلة. على الرغم من التقدم، لا يزال توصيف الأنظمة السلوكية مجزأ، وتحليل البيانات المتكامل والتمثيلات بين الاستجابات المنفصلة والسلوك المكاني المستمر ضئيلة في التحليل التجريبي للسلوك. توفر تطورات التعلم الآلي، مثل t - SNE، التصنيف المتغير، أدوات لا تقدر بثمن لبلورة نهج متكامل لتحليل وتمثيل البيانات السلوكية متعددة الأبعاد. بموجب هذا الأساس المنطقي، يقترح العمل الحالي: 1) نهجًا متعدد التخصصات للتحليل التكاملي ومتعدد المستويات للأنظمة السلوكية، 2) يوفر مقاييس سلوكية حساسة بناءً على الديناميكيات المكانية وتمثيلات البيانات المفيدة لدراسة الأنظمة السلوكية، و 3) يكشف عن الجوانب السلوكية التي يتم تجاهلها عادةً في إطار المناهج القياسية في التحليل التجريبي للسلوك. ولتجسيد وتقييم نهجنا، يتم فحص الديناميكيات المكانية المضمنة في الظواهر ذات الصلة بالعلوم السلوكية، وهي سلوك البحث عن المياه، والعمليات التحفيزية، مما يوضح جوانب الأنظمة السلوكية المخفية حتى الآن.

Translated Description (French)

Résumé Les systèmes comportementaux, en les comprenant comme un système émergent comprenant les sous-systèmes environnement et organisme, incluent la dynamique spatiale comme une dimension primaire dans les environnements naturels. Néanmoins, dans les approches standard, l'analyse expérimentale du comportement est basée sur le paradigme de la réponse unique et la distribution temporelle des réponses discrètes. Ainsi, l'analyse continue de la dynamique comportementale spatiale a été un domaine peu étudié. Les progrès technologiques de la vision par ordinateur ont ouvert de nouvelles perspectives méthodologiques pour la détection continue du comportement spatial. Avec l'application de tels progrès, des études récentes suggèrent qu'il existe de multiples caractéristiques intégrées dans la dynamique spatiale du comportement, telles que l'entropie, et qu'elles sont affectées par des stimuli programmés (par exemple, des programmes de renforcement), au moins autant que des caractéristiques liées à des réponses discrètes. Malgré les progrès, la caractérisation des systèmes comportementaux est toujours segmentée, et l'analyse intégrée des données et les représentations entre les réponses discrètes et le comportement spatial continu sont exigentes dans l'analyse expérimentale du comportement. Les avancées de l'apprentissage automatique, telles que le classement variable t-SNE, fournissent des outils inestimables pour cristalliser une approche intégrée pour analyser et représenter des données comportementales multidimensionnelles. Sous cet angle, le présent travail : 1) propose une approche multidisciplinaire pour l'analyse intégrative et multiniveau des systèmes comportementaux, 2) fournit des mesures comportementales sensibles basées sur la dynamique spatiale et des représentations de données utiles pour étudier les systèmes comportementaux, et 3) révèle des aspects comportementaux généralement ignorés dans le cadre des approches standard dans l'analyse expérimentale du comportement. Pour illustrer et évaluer notre approche, les dynamiques spatiales intégrées dans les phénomènes pertinents pour la science du comportement, à savoir le comportement de recherche de l'eau et les opérations motivationnelles, sont examinées, montrant des aspects des systèmes comportementaux cachés jusqu'à présent.

Translated Description (Spanish)

Resumen Los sistemas de comportamiento, entendiéndolo como un sistema emergente que comprende el entorno y los subsistemas del organismo, incluyen la dinámica espacial como una dimensión primaria en los entornos naturales. Sin embargo, bajo los enfoques estándar, el análisis experimental del comportamiento se basa en el paradigma de respuesta única y la distribución temporal de respuestas discretas. Por lo tanto, el análisis continuo de la dinámica del comportamiento espacial ha sido un campo poco estudiado. Los avances tecnológicos en visión artificial han abierto nuevas perspectivas metodológicas para la detección continua del comportamiento espacial. Con la aplicación de tales avances, estudios recientes sugieren que hay múltiples características incrustadas en la dinámica espacial del comportamiento, como la entropía, y que se ven afectadas por estímulos programados (por ejemplo, programas de refuerzo), al menos, tanto como características relacionadas con respuestas discretas. A pesar del progreso, la caracterización de los sistemas de comportamiento todavía está segmentada, y el análisis integrado de datos y las representaciones entre las respuestas discretas y el comportamiento espacial continuo son exiguos en el Análisis Experimental del Comportamiento. Los avances en el aprendizaje automático, como t-SNE y la clasificación de variables, proporcionan herramientas invaluables para cristalizar un enfoque integrado para analizar y representar datos de comportamiento multidimensionales. Bajo esta lógica, el presente trabajo: 1) propone un enfoque multidisciplinario para el análisis integrador y multinivel de los sistemas conductuales, 2) proporciona medidas conductuales sensibles basadas en dinámicas espaciales y representaciones de datos útiles para estudiar los sistemas conductuales, y 3) revela aspectos conductuales generalmente ignorados bajo los enfoques estándar en el análisis experimental del comportamiento. Para ejemplificar y evaluar nuestro enfoque, se examinan las dinámicas espaciales incrustadas en fenómenos relevantes para la ciencia del comportamiento, a saber, el comportamiento de búsqueda de agua y las operaciones motivacionales, que muestran aspectos de los sistemas de comportamiento ocultos hasta ahora.

Files

2021.03.17.435751.full.pdf.pdf

Files (3.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:90f0d94fed7f9c5466cd532507bc537b
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
ما وراء الاستجابات الفردية المنفصلة: تحليل تكاملي ومتعدد الأبعاد للديناميكيات السلوكية بمساعدة التعلم الآلي
Translated title (French)
Au-delà des réponses discrètes simples : une analyse intégrative et multidimensionnelle de la dynamique comportementale assistée par l'apprentissage automatique
Translated title (Spanish)
Más allá de las respuestas discretas únicas: un análisis integrador y multidimensional de la dinámica del comportamiento asistido por el aprendizaje automático

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3139484943
DOI
10.1101/2021.03.17.435751

Is supplement to
https://openalex.org/W4384559558 (Other)
https://openalex.org/W432535052 (Other)
https://openalex.org/W4254057609 (Other)
https://openalex.org/W3088948716 (Other)
https://openalex.org/W2620035690 (Other)
https://openalex.org/W2326878119 (Other)
https://openalex.org/W2187846933 (Other)
https://openalex.org/W2152238375 (Other)
https://openalex.org/W2075878881 (Other)
https://openalex.org/W2060700435 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Mexico

References

  • https://openalex.org/W1527139557
  • https://openalex.org/W1964159998
  • https://openalex.org/W1970493521
  • https://openalex.org/W1975393912
  • https://openalex.org/W1980029475
  • https://openalex.org/W1985768949
  • https://openalex.org/W1990672024
  • https://openalex.org/W1998239112
  • https://openalex.org/W2001457444
  • https://openalex.org/W2001757921
  • https://openalex.org/W2001829706
  • https://openalex.org/W2002457005
  • https://openalex.org/W2007338467
  • https://openalex.org/W2008463690
  • https://openalex.org/W2022950944
  • https://openalex.org/W2026968179
  • https://openalex.org/W2031229471
  • https://openalex.org/W2034493318
  • https://openalex.org/W2042005453
  • https://openalex.org/W2055868855
  • https://openalex.org/W2067510622
  • https://openalex.org/W2072510154
  • https://openalex.org/W2078807806
  • https://openalex.org/W2087262824
  • https://openalex.org/W2091144676
  • https://openalex.org/W2115972775
  • https://openalex.org/W2122394598
  • https://openalex.org/W2124720308
  • https://openalex.org/W2158298865
  • https://openalex.org/W2219858099
  • https://openalex.org/W2313458966
  • https://openalex.org/W2329789121
  • https://openalex.org/W2483625864
  • https://openalex.org/W2506042197
  • https://openalex.org/W2766670334
  • https://openalex.org/W2887114371
  • https://openalex.org/W2942555608
  • https://openalex.org/W2970417696
  • https://openalex.org/W2980030724
  • https://openalex.org/W2990943996
  • https://openalex.org/W3097564041
  • https://openalex.org/W3102036332
  • https://openalex.org/W3111687703
  • https://openalex.org/W3119690917
  • https://openalex.org/W3139388399
  • https://openalex.org/W3160778005
  • https://openalex.org/W4206382755
  • https://openalex.org/W4246559113
  • https://openalex.org/W4248491074
  • https://openalex.org/W4256744274