Appunti esame Tecniche e metodi dell'etologia

Study design

Con il termine study design si intende un protocollo per condurre lo studio che faccia sì che un'ipotesi concettuale sia tradotta in una operativa. Gli elementi dello study design includono:

• Accertarsi dell'accuratezza nella misurazione delle variabili
• Verificare se sia o meno necessario un gruppo di controllo
• Decidere se siano necessari dei gruppi di controllo divisi secondo le coorti facenti parte dello studio (specialmente quelli riguardanti gli esseri umani)
• Decidere se condurre uno studio sperimentale (studio in cui in qualche fase del lavoro è previsto l'inserimento di un evento che possa modificare il comportamento) o meno
• Capire se si stanno misurando dati individuali o aggregati
• Decidere se siano necessarie misure longitudinali degli individui nel tempo
• Capire quali possano essere i fattori confondenti (sempre meglio inserire le limitazioni del proprio dato nell'articolo piuttosto che farlo diventare un'arma nelle mani di un critico)
• Capire se vi siano dati aggiuntivi a cui eventualmente poter far riferimento (storici, longitudinali, ecologici...)
• Capire quale sia la natura dei dati, se siano indipendenti o se siano appaiati (paired, relazionati: un individuo pre- e post-trattamento, membri di una coppia, fratelli...)
• Decidere se sia necessario più di un osservatore e, se sì, verificare che gli osservatori partecipanti allo studio abbiano avuto un agreement significativo per l'osservazione dei dati (bisogna fare un training insieme per qualche giorno, e poi condurre un test per verificare che le osservazioni dei vari partecipanti siano le stesse, prima di potersi separare)
• Pianificare con attenzione la fattibilità del proprio studio (quanto tempo si ha a disposizione per raccogliere i dati, verificare che gli animali siano contattabili...)
• Scegliere ed utilizzare l'approccio metodologico giusto: è importante avere dei termini di paragone per capire quale sia l'approccio migliore (anche per capire se si ha in mente un metodo effettivamente innovativo o meno rispetto a quelli già utilizzati)
• Decidere fra uno studio analitico (hypothesis testing) o uno descrittivo (hypothesis generating): la ricerca descrittiva ha dei fatti che rispondono a certe domande, ma generalmente riporta lo stato di una certa situazione, la ricerca analitica (quantitativa) usa fatti ed informazioni eventualmente già disponibili per farne una valutazione critica e per chiedersi quali siano le relazioni causa-effetto tra le variabili individuabili (l'approccio di tipo analitico è maggiormente consigliato)

Esempi di variabili esplicative e di risposta

• Explanatory variable: consumo pro-capite di sigarette – Response variable: mortalità di cancro al polmone su 100.000 individui. I dati sono di tipo osservazionale e sono ad un livello di aggregato per nazione e, per questo, lo studio è di tipo ecologico (quando il dato è molto aggregato, in questo caso nazionale).
• Explanatory variable: uso di droga (1 utilizzatore, 2 non utilizzatore) – Response variable: essere positivi o negativi al test HIV (1 positivo, 2 negativo). Ovviamente, non necessariamente l'uso di droga è legato al contrarre una sindrome di immunodeficienza: quindi ci potrebbero essere donne che hanno contratto l'immunodeficienza con, per esempio, un rapporto sessuale e che matcheranno in un modo diverso il fatto che siano o meno utilizzatrici di droga. I dati sono osservazionali ma ad un livello individuale, manca però una informazione: le donne potrebbero aver contratto HIV prima di entrare in prigione. Questo è un esempio di studio cross-sectional.
• Explanatory variable: uso di droga (1 sì, 2 no) – Response variable: tossicità a livello del cervelletto (1 sì, 2 no). Studio chiamato retrospective cohort, su dati estratti da un record medico. Il dato è osservazionale ed individuale, ed inoltre è longitudinale poiché è stato seguito l'individuo nel tempo: questi sono chiamati dati a coorte.
• Explanatory variable: consumo di alcol (1 alto, 2 basso) – Response variable: occorrenza del cancro all'esofago (1 gruppo di individui affetti, 1 gruppo di controllo). Dati di tipo osservazionale a livello individuale, dove si studia una popolazione ma si ha solo un campione di non-casi (cioè quelli di controllo): studio chiamato case-control.

Randomizzazione e livelli di studio

È possibile randomizzare i dati sul periodo di osservazione che si va a condurre: si parla di block design, situazioni in cui si cerca una randomizzazione lo stimolo per campionare situazioni ed individui in modalità comparabile.

Livelli di studio: È importante formalizzare i diversi livelli di studio per aver presente quale sia il livello in cui inserire il proprio lavoro, quindi si passerà dalla specie (o un taxon sovra-specifico) alla popolazione, dalla popolazione al gruppo, dal gruppo all'individuo. Operativamente il grafico indica che volendo dunque parlare a livello individuale sarà almeno necessario studiare un gruppo (a livello di popolazione sarà necessario studiare più gruppi, a livello di specie sarà necessario studiare più popolazioni...). A ciò si aggiunge il livello micro e quello macro.

Raccolta dati in natura e in laboratorio

Ci sono situazioni in cui si studia in natura e altre in laboratorio: alcuni dati si raccolgono bene in cattività perché magari alcuni comportamenti non sono visibili dall'uomo (magari l'animale in natura aspetta che l'uomo si allontani, mentre in cattività è costretto a svolgere quel comportamento davanti all'uomo poiché l'uomo sarà sempre lì), alcuni sono facilmente reperibili in natura.

Variabili, unità sperimentali e tipi di dati

Le variabili sono le cose da misurare e possono essere di quattro tipologie:

• Ratio: variabile con valori numerici che indicano realmente una quantità che viene misurata. Lo 0 è un vero 0, sotto al quale non è possibile avere nessun dato. Si tratta di una scala in cui l'incremento di una stessa quantità rimane stabile su tutto il range di misure, cioè: animale X lungo 2 cm e animale Y lungo 40 cm, entrambi cresceranno della stessa quantità se viene detto che saranno cresciuti di 10 cm. Quindi un particolare rapporto rimarrà stabile in tutto un range di variabili: un animale lungo 40 cm sarà 20 volte più lungo di un animale lungo 2 cm, e un animale lungo 1 m sarà anche lui 20 volte più lungo di un animale lungo 5 cm.
• Interval: lo 0 è un punto arbitrario (per esempio le temperature misurate in °C hanno lo 0 alla T in cui l'acqua congela) ed è possibile avere valori negativi. Un aumento della stessa quantità numerica indica l'aumento della stessa quantità in tutto il range di misure. Il rapporto però non è costante su tutto il range della variabile proprio perché lo 0 è uno 0 arbitrario: per esempio, il rapporto da 6 a 1°C non è lo stesso che sussiste tra 60 e 10°C.
• Ordinal: una scala ordinale si applica a dati ranghizzati (dei giorni o dei minuti da un esperimento). Il rango non necessariamente indica delle differenze costanti, e non necessariamente l'incremento numerico corrisponde lungo tutto il range della variabile.
• Nominal: una scala nominale utilizza un valore che rappresenta un attributo, quindi si tratta di una sorta di etichetta (fa uso di droga 1 e non fa uso di droga 2, oppure se ci sono solo due forme possibili di colori nel topo si usano numeri che corrispondano a questi due attributi).

Eccetto le nominali, solo discrete, le altre variabili possono essere discrete o continue (aspetto importante nel momento in cui tali variabili vengono utilizzate in ottica statistica).

I dati continui sono quelli che coprono, o possono coprire, tutti i valori all'interno di un range (per esempio misurando le temperature, queste possono coprire tutti i valori compresi tra -10 e 42°C), mentre le variabili discrete sono quelle che possono solo avere certi valori all'interno di un range (per esempio una variabile che rappresenti il numero di piccoli nati di una certa specie: non potrà nascere 5.2 piccoli per cui si avrà 1 piccolo, 2 piccoli... quindi si può spaziare all'interno del range senza però coprirlo tutto). È importante sapere che tipo di dati si stanno utilizzando (se la variabile è continua o discreta) prima di farci su un test statistico.

The ethological approach

Durante lo svolgimento di studi descrittivi o in fase primaria di una ricerca, un approccio moderno legato al comportamento (sia umano sia animale) passa attraverso una fase di hypothesis testing. La domanda si percepisce sempre partendo dalla bibliografia oppure da un'osservazione preliminare, dopo di che si prosegue con:

• Concept oriented, o problem oriented: lavoro più legato ad un problema, per esempio, studiare le cure parentali nei felini.
• Species oriented: lavoro legato più intimamente alle caratteristiche di una specie.

Negli ultimi venti/trent'anni ci si è spostati molto da un discorso species oriented a uno problem oriented: parlando di pubblicabilità dei dati, molto spesso viene chiesto quanto è ampia l'audience a cui il lavoro si rivolge, per cui il discorso deve essere problem oriented anche se il lavoro indaga un'unica specie. Tutto ciò rimanda all'idea, classicamente etologica, delle categories of questions, domande da porsi nello studiare il comportamento:

• What: descrivere il comportamento, cioè capire come può un certo comportamento essere identificato all'interno dei comportamenti di una specie (per esempio, raccolta di materiale trofico da parte di una formica, comportamenti difensivi). Uno stratagemma spesso utilizzato, non legalmente perseguibile, è quello di scegliere una specie da studiare e dire che quella specie è stata utilizzata solo come modello per indagare un problema più grande.
• Who: chi performa quel comportamento, perché individui diversi, gruppi di età diverse o sessi diversi, specie diverse possono performare il comportamento in una modalità differente. Un discorso fatto bene sulle caratteristiche individuali consente di stilare una tabella tipo: In questo esempio non è stato studiato in generale il vigilance behavior bensì un indicatore, un proxy, di quello per l'autore indicava il comportamento di vigilanza. In parentesi è indicato su quanti individui è stata ottenuta la media e dopo il + e - è indicata l'errore standard o la deviazione standard (informazione di variabilità che viene riportata sempre con la media).
• When: il comportamento cambia nel tempo, sia durante la vita dell'animale sia nella stagione, nel giorno, nel contesto ecologico...
• Where: il comportamento può cambiare in relazione allo spazio: a seconda di dove si trovi l'animale rispetto al suo areale, la sua risposta a determinati stimoli può essere diversa.
• How: pattern filogenetico, pattern motorio, pattern endocrino.. possono variare in relazione ad un certo comportamento.
• Why: in alcuni casi si può inferire circa la psicologia (motivation) o circa la behavioural ecology (adaptation).

Domande da porsi quando si inizia uno studio

• La specie che si va a studiare è funzionale rispetto a ciò che si vuole studiare?
• Si può riconoscere individualmente l'animale grazie a marcature naturali o esso può essere eventualmente marcato in modo semplice?
• La specie ha un comportamento interessante che può essere osservato ripetitivamente?
• La specie si trova in loco o è necessario viaggiare per studiarla nel suo habitat? Si hanno abbastanza fondi per andarci?
• Volendo studiare la specie in campo, essa è accessibile nel suo habitat (magari si tratta di una specie notturna ma non si hanno i permessi per accedere di notte in quell'ambiente)?
• Sono animali abituati alla presenza umana? Possono essere osservati senza alterarne il comportamento?
• Si hanno i permessi per prelevare l'animale per portarlo in condizione di cattività anche solo per una notte?
• L'animale può essere catturato facilmente?
• Se l'animale muore, può essere rimpiazzato?
• Può essere rilasciato l'individuo nel punto di cattura una volta finita la ricerca, cioè gli spazi e i tempi lo consentono?
• Lo studio in cattività di una specie che non può essere studiata in natura è legata ad un buon adattamento in cattività o ci sono caratteristiche dell'adattamento in cattività da tenere presente? È possibile riprodurre l'ambiente naturale in modo sensato o ci sono delle necessità speciali che non è possibile soddisfare?
• Le abitudini dell'osservatore e quelle dell'animale sono compatibili (notturni, diurni)?
• Cosa è già noto di quella specie? Cosa è stato già studiato? Chi l'ha studiata?
• Si riescono a seguire le linee guida etiche e per il benessere dell'animale durante lo studio (ci sono delle procedure e delle leggi da tenere presente nel momento in cui si vuole studiare un animale o una specie, per esempio si ricordi la regola delle 3 R)?

Parlare di comportamento significa rendere in categorie un qualcosa che in realtà ha molte sfaccettature e che fa parte di un flusso continuo di eventi: questa è una delle sfide che per molti anni ha impedito di considerare il comportamento come un qualcosa di efficace al fine di una ricostruzione filogenetica. Identificare delle categorie di comportamento è un qualcosa di ostico e richiede l'identificazione di un catalogo preciso a cui fare riferimento quando si vuole mettere in campo questo tipo di studi. Ciò è soprattutto vero quando si hanno delle grandi differenze, con categorie facilmente individuabili e altre più fini le quali rischiano di avere un peso diverso nella descrizione finale del comportamento di una specie e richiedono una capacità puntuale dell'osservatore. Il bilanciamento tra tutti questi aspetti è cruciale ed ha come prerequisito quello di avere categorie indipendenti le une dalle altre, cioè diverse categorie non possono essere modi diversi di indicare la stessa cosa: per esempio, misurare la proporzione di tempo che un individuo spende attivamente e inattivamente conducendo una determinata attività può risultare ridondante se non vi è qualche ulteriore spezzettamento di queste due possibili categorie. Per esempio, l'inattività potrebbe essere spezzettata in sleeping, resting – riposo che non è un riposo dormiente – e monitoring – non una vera inattività, anche se non c'è movimento dell'individuo. In questo senso è opportuno decidere se considerare lunghi elenchi di comportamenti o lasciare quei comportamenti effettivamente più rari e difficili da osservare inseriti in comportamenti cumulativi (dove non c'è una sola cosa specifica ma un insieme di cose che non rientra in altre categorie). È vero che le nuove tecnologie permettono di fare studi più dettagliati, ma la tendenza generale è quella di lasciare a parte categorie molto puntuali per concentrarsi su una descrizione più generale ma equilibrata del comportamento di una specie (attualmente con 25-30 comportamenti diversi si riesce a fare un lavoro molto dettagliato).

Il comportamento può essere descritto attraverso diversi modi:

• La modalità classica: cioè l'approccio strutturale e descrittivo, dove le cose importanti del comportamento sono le forme fisiche osservabili (come, quando e quanto succede, che postura assume l'animale, che azione esso compie durante quel display comportamentale)
• Una modalità, verso cui bisogna usare maggiore cautela, che si concentra sulle conseguenze e sugli effetti ottenuti in seguito di un determinato comportamento

Importante è anche capire quali caratteristiche del comportamento siano importanti per una sua descrizione e quali invece possano/debbano essere omesse.

Nell'osservare il comportamento di un animale è importante ricordare che inserire molti dettagli è utile ma è altrettanto utile capire quale sia la coerenza progettuale con la quale si sta definendo un determinato display, utile soprattutto se si pensa alla scienza come ad un qualcosa che si accumula nel tempo. Utilizzare termini neutri per descrivere i comportamenti è sempre la soluzione migliore. Inoltre, bisogna far attenzione a prioritizzare in modo corretto la descrizione che si sta facendo, cioè se il comportamento è locomotorio bisogna prima farne una descrizione, poi aggiungere la descrizione relativa alla postura assunta dall'animale. Fare il contrario rischia di essere un problema perché lo stesso osservatore che torna su quel display può rimanere confuso sul dare priorità ad un certo aspetto piuttosto che ad un altro – c'è anche chi cerca di descrivere azione e postura come due comportamenti diversi, ma si rischia di sbagliare. Si inserisce anche un discorso di relazione spaziale rispetto all'ambiente e agli altri individui, un qualcosa che fino a pochi anni fa veniva utilizzato all'interno della descrizione del comportamento stesso (per esempio, A e B distano 3x, dove x rappresenta la lunghezza dell'arto dell'animale) e che negli ultimi anni, grazie alle tecnologie a disposizione, è stato un po' traslato rispetto ad altri aspetti: in questo senso, importante è capire se tale informazione determini il display o se invece possa rientrare tra i modifiers del display (etichetta in più al comportamento che può o meno esser...