Телеметрическое изучение взаимоотношений между самкой и детенышем у обезьян (Г. Дженсен, Г. Муллинс)

Наша работа посвящена взаимоотношениям между самкой и детенышем у макаков (Масаса nemestrina). Мы изучаем развитие взаимодействия между животными в сообществе, т. е. возникновение и становление во времени типичного поведения, характерного для взаимоотношений обезьян. Особый интерес в отношениях самки и детеныша представляют их физические контакты. Имеются свидетельства в пользу того, что это один из самых важных факторов, определяющих развитие общественного поведения обезьян.

Для изучения разнообразных отношений самки и детеныша мы разработали достаточно общий метод наблюдения, с помощью которого можно получить информацию о длительности и периодичности контакта. Однако по ряду причин этот метод нельзя считать совершенным и безошибочным. Во-первых, едва ли он позволяет наблюдать случайную выборку контактов. Хотя нам хотелось бы установить общее время физических контактов в течение всего развития обезьяны, длящегося месяцами, мы не пытались получить случайную выборку наблюдений, так как интересовались главным образом взаимодействием животных и поэтому проводили наблюдения в моменты максимального взаимодействия.

Во-вторых, со временем поведение обезьян, как самки, так и детеныша, непрерывно меняется, становится все более сложным и разнообразным. Поведение, включающее физический контакт, принадлежит к разряду, для которого труднее всего получить определение и относительно которого особенно трудно договориться.

Мы занимались разработкой телеметрической системы с целью получения данных о физическом контакте за длительные периоды времени с большей точностью и притом автоматически. Кроме того, желательно было уменьшить число наблюдателей, с тем чтобы освободившийся персонал мог сконцентрировать свое внимание на других аспектах взаимодействия. Мы предъявляли к нашей системе следующие требования:

1. Система должна передавать информацию о близком соседстве или наличии тесного физического контакта у двух животных. Она должна быть стабильна на протяжении 24-часовых наблюдений, регистрируемых на самописце или специальном печатающем устройстве.

2. Элементы системы должны быть достаточно малы, чтобы их можно было имплантировать под кожу брюшной стенки. Как нам кажется, необходима именно подкожная имплантация, потому что, по нашим наблюдениям, невозможно придумать жилет, который не стащила бы с себя и с детеныша обезьяна-мать, если свобода ее движений ничем не ограничена.

3. Срок службы батареи должен составлять по меньшей мере 3 месяца.

4. Дальность действия системы для экспериментов в клетке должна быть равна по крайней мере 120 см, а для дальнейших экспериментов - до 30 м.

Мы остановились на системе запросчик - ответчик, надеясь, что она наиболее полно удовлетворит нашим требованиям. Запросчик, помещенный на обезьяну-мать, генерирует мощные импульсы с частотой 100 кгц. Когда ответчик, прикрепленный к обезьяне-детенышу, попадает в магнитное поле, создаваемое этими импульсами, он также начинает испускать импульсы, которые могут быть приняты с помощью обычного радиоприемника. Прием этих импульсов свидетельствует о близком контакте матери и ребенка.

На фиг. 1 изображена блок-схема запросчика. Для генерации мощных импульсов конденсатор С медленно заряжается до напряжения батареи и затем быстро разряжается с помощью импульсного генератора и импульсного пускового устройства. Излучение передатчика создает сильное магнитное поле. Подключение напряжения к конденсатору производится импульсной схемой с управляемым кремниевым выпрямителем^* типа TSW-315 (в схеме на фиг. 2 он обозначен Q₂). Он переключается почти мгновенно, изменяя свое сопротивление от 10 Мом до 10 ом, при управляющем токе всего 10 мка. Рабочий ток Q₂ равен 1 ма. Однако, поскольку Q₂ усиливает управляющий ток 10 мка, в момент включения Q₂ появляется ток утечки величиной 100-200 мка. Это создает некоторые затруднения, так как необходимо большое сопротивление для зарядки конденсатора и возбуждения Q₂. При имевшейся величине тока нельзя было выполнить ни одной из этих задач.

^* (Речь идет о тринисторе. См. Степанченко И. П., "Основы теории транзисторов". - Прим. перев.)

Фиг. 1. Блок-схема запросчика

Поэтому мы создали особое импульсное пусковое устройство, которое, будучи подключено к батарее, обеспечивало необходимый ток во время пропускания Q₂ и включало высокое сопротивление перед концом периода пробоя. Это позволяло при малом потреблении тока от батареи обеспечить срабатывание Q₂ и разряд конденсатора на передатчик.

На фиг. 2 изображена схема запросчика. Он состоит из цепи зарядки (R и С), импульсного пускового устройства (Q₁, D₁ и R₂), генератора (Q₂, D₂) и передатчика. При работе прибора конденсатор С заряжается до напряжения источника питания. Когда напряжение конденсатора достигает 10 в, пробивается стабилитрон D₂ и проводит необходимый управляющий ток 10 мка, что приводит к появлению тока утечки Q₂, создающего на диоде D₁ напряжение 0,5 в в проводящем направлении. Это небольшое дополнительное падение напряжения на диоде прикладывается к входу транзистора D₁ пускового устройства. При этом транзистор Q₁ проводит к батарее ток утечки от Q₂, равный 200 мка. Когда, наконец, Q₂ срабатывает, то включается большое сопротивление R₂ и потери не превышают рабочий ток Q₂ равный 1 ма. Практически в передатчик поступает вся энергия, запасенная конденсатором. После того как передатчик излучит эту энергию, срабатывает импульсный генератор и процесс повторяется.

Фиг. 2. Схема запросчика

Для создания электромагнитного поля используются индуктивности L₁ и L₂. Запросчик генерирует 20 импульсов в 1 сек. Длительность импульса 5 мсек, амплитуда 60 в; импульс затухает по экспоненте. Эти сигналы наводят импульсы амплитудой 0,5 в в резонансной цепи, расположенной на расстоянии 15 см. Запросчик потребляет в среднем ток 100 мка и работает 6 недель от одной ртутной батареи RM411 фирмы "Мэллори". При использовании стандартных деталей вес запросчика составляет 10 г, а с батареей и капсулой - 70 г.

На фиг. 3 изображена блок-схема ответчика. Он работает только тогда, когда на его вход поступают импульсы запросчика, что возможно лишь при расстояниях до 20 см. Эти импульсы создают напряжение в приемной катушке ответчика, которое усиливается и запускает передатчик.

Фиг. 3. Блок-схема ответчика

На фиг. 4 приведена схема ответчика. Приемная катушка L₁ настраивается при помощи конденсатора С₁ на частоту передатчика запросчика. Принятый сигнал усиливается транзистором Q₁ и поступает на транзистор запуска Q₂, который выпрямляет сигнал, заряжая конденсатор С₄. Этот конденсатор разряжается на передатчик, который излучает импульс длительностью 500 мксек. Схемы передатчиков запросчика и ответчика в основном одинаковы. Вес ответчика 20 г вместе с батареей, обеспечивающей срок службы 3 месяца.

Фиг. 4. Схема ответчика

При проверке нашей первой системы использовались специальные костюмы, одеваемые на обезьян. Система работала хорошо, пока наблюдатель стоял рядом и не давал обезьянам возможности сорвать эти костюмы. Конечно, этот метод пригоден лишь для проверки системы при ее разработке. В настоящее время мы готовимся к имплантации приборов.

Обсуждение доклада

Маккей. Нельзя ли использовать такой детектор близости, при котором по крайней мере одно животное совершенно свободно?

Дженсен. Но как это сделать?

Маккей. Ну, это не слишком сложно. Такие приборы обычно применяются при установке сторожевой сигнализации для защиты от воров. Можно было бы, скажем, повесить маленький магнит на детеныше и магнитометр - на матери. Наверно, можно придумать много разных способов освободить от прибора по крайней мере малыша.

Дженсен. Мы работали над одним таким типом системы, где передатчик устанавливался только на матери. Предполагалось, что при физическом контакте матери и ребенке емкость системы меняется и это может быть учтено. Но мы отвергли такую систему, как неустойчивую.