Je leest:

Informatietechnologie temt insectengedrag en de ‘menselijke factor’

Informatietechnologie temt insectengedrag en de ‘menselijke factor’

Auteur: | 1 juli 2001

Bioloog en gedragsonderzoeker Lucas Noldus veroverde wereldfaam met een computerprogramma voor het bestuderen van gedrag. Het wordt gebruikt bij in het wild uitgezette zeehonden, bij onderzoek naar moeder-kindinteracties en zelfs in de farmaceutische industrie voor het vastleggen van de reacties op geneesmiddelen.

In de neonverlichte hal overheerst het zoemende geluid van lopende banden. Koffers, rugzakken, tasjes, pukkels, flight-cases en niet direct thuis te brengen pakketten van de meest uiteenlopende vormen schuiven waggelend langs. Medewerkers staan langs de transportbanden, pakken bagageartikelen op en zetten die weer op een volgende band. Anderen vertrouwen bagage toe aan haast geruisloos af en aan rijdende elektrische trollies.

Dit is de bagagehal van Schiphol. Een knooppunt van de stroom bagageartikelen,die trouw hun eigenaren moet volgen van en naar alle uithoeken van de wereld. Er mag niets mis gaan in dit ondergrondse goederen-klaverblad. Beschimpt worden met de gevleugelde uitdrukking ‘Breakfast in Rio, luggage in New York’ is wel het minste dat vliegtuigmaatschappijen daarmee riskeren.

Er gaat echter veel mis. Reizigers klagen over verloren bagage, het ziekteverzuim onder de medewerkers is hoog en diverse inderhaast ingehuurde uitzendkrachten merken verbitterd op dat het werk ze rugklachten bezorgt. De manager bagageafhandeling heeft een probleem. Waar, waarom en wanneer gaat het in de bagagehal mis? Ligt het aan de ‘menselijke factor’ – hoge werkdruk, ergonomische aspecten van de werkvloer, het hoge percentage misschien minder gemotiveerde tijdelijke krachten? Zijn er ’s ochtends of vooral ’s nachts problemen? Of lopen de bagagebanden eenvoudigweg te snel?

Tijdstudie

Lucas Noldus (40) glimlacht om het zojuist beschreven scenario: “Zo’n manager doet er goed aan een arbeidskundige in de arm te nemen. Die kan dan besluiten de verschillende handelingen van de werknemers nauwkeurig te gaan registreren, en daarnaast informatie te verzamelen over allerlei andere aspecten van de werkvloer, zoals de snelheid van de transportbanden en de hoeveelheid binnenkomende bagage. Dat zijn variabelen waarvan is te verwachten dat ze een rol spelen in het arbeidproces. De vraag is natuurlijk in welke mate, en of die variabelen elkaar onderling beïnvloeden.” De meest voor de hand liggende oplossing, vervolgt Noldus, is om een zogeheten ‘tijdstudie’ uit te voeren. “Eerst is het zaak een tijdje ‘ongestructureerd’ te observeren. De waarnemer krijgt dan een idee wat hij kan gaan turven, en meestal ziet hij ook vrij snel waar de mogelijke problemen liggen. Wanneer werknemers duidelijk bezweet af en aan rennen, is dat al een aanwijzing dat de problemen kunnen liggen aan de snelheid van de bagagebanden, al of niet gecombineerd met de afstanden die de werknemers moeten afleggen.”

Gedragsobservatie

Naar goed wetenschappelijk gebruik stelt de arbeidskundige nu een of meer hypothesen op, doceert Noldus. Een hypothese kan luiden: de transportbanden lopen zó snel, dat het onmogelijk is voor een werknemer om bij een gemiddelde bagageaanvoer alle langskomende bagageartikelen vast te pakken en ze over te zetten op de volgende band of trolley. Vervolgens ontwerpt de onderzoeker een studieopzet, bijvoorbeeld: observeer gedurende vijftien minuten één werknemer. Noteer de gedragingen ‘bagage pakken en verplaatsen’, ‘langskomend bagageartikel overslaan’, ‘rennen’, ‘stilstaan bij de transportband’ en leg de tijdsduur ervan nauwkeurig vast. Registreer ook de snelheid van de bagagebanden en de hoeveelheid per tijdseenheid passerende bagageartikelen. Noldus besluit zijn college ‘gedragsobservatie’: “Met een kwartier lang twintig werknemers observeren, kan de onderzoeker alle benodigde harde gegevens over de situatie op de werkvloerverzamelen. Bedenk dat ook de individuele werknemer een variabele is in het op te lossen probleem, waarvoor in de waarnemingen ook de categorieën ‘vaste werknemer’ en ‘uitzendkracht’ relevant kunnen zijn.”

Chemische spionage

De arbeidskundige in de bagagehal staat evenwel voor een probleem. Hoe verzamelt hij de gegevens die nodig zijn voor het toetsen van een bewuste hypothese, op een zo efficiënt mogelijke wijze en in een vorm die zich leent voor analyse?

Met precies dit probleem zag Lucas Noldus zich geconfronteerd tijdens zijn promotieonderzoek aan de Wageningse Landbouwuniversiteit. Hij onderzocht er de zogeheten ‘chemische spionage’ van sluipwespen op voor landbouwgewassen schadelijke vlindersoorten, waaronder het bekende plaaginsect de koolmot. Sluipwespen leggen hun eieren in de eieren van de vlinders, die vervolgens dienen als voedsel voor de wespenlarven. Hiermee zijn de eiparasieten ideale kandidaten voor de biologische bestrijding van de plaaginsecten. Noldus toonde aan dat sluipwespen in staat zijn om door vlinders afgegeven seksferomonen (vluchtige geurstoffen die worden geproduceerd door vrouwtjesvlinders om hun paringsbereidheid te signaleren aan mannetjes) waar te nemen en daarmee eileggende vrouwtjesvlinders kunnen lokaliseren. ‘Zouden met het besproeien van gewassen met een (kunstmatig) vlinderferomoon misschien twee vliegen in een klap zijn te slaan?’ luidde de onderzoeksvraag.

Maagdelijk

Enerzijds zouden mannetjesnachtvlinders door de overdaad aan lokstoffen zodanig in de war kunnen raken dat zij niet meer tot paring komen, en daarnaast zou de ‘parasiteringsgraad’ (het aantal geparasiteerde vlindereieren) door de grotere aantrekkingskracht van de behandelde gewassen op (vrouwelijke) sluipwespen moeten stijgen. Dat dergelijke effecten de efficiëntie van biologische bestrijding met sluipwespen sterk ten goede zouden komen, leed geen twijfel, maar of deze werkelijk optraden was onbekend. Tot dusver waren de speculaties over de uitbuiting van vlinderseksferomonen door sluipwespen en de reacties van mannetjesvlinders op de lokstoffen van vrouwtjes slechts gebaseerd op indirecte observaties.

Noldus ontwierp een opstelling waarmee hij de reactie kon meten van de mannetjesvlinders op de seksferomonen die vrouwtjes afgeven. Daarnaast kon hij met de opstelling zien hoe sluipwespen reageren als ze worden blootgesteld aan de lokstof. Om vlinderseksferomonen in een zo natuurlijk mogelijke situatutie te bestuderen, gebruikte hij maagdelijke, seksueel actieve vrouwtjesvlinders. Deze geven het seksferomoon af tijdens het zogeheten ‘roepen’, een door ritmische bewegingen van het achterlijf duidelijk te onderscheiden gedrag.

Een berg gegevens

De ingenieuze opstelling omvatte een U-vormige windtunnel, met aan elk uiteinde een van transparante kunststof vervaardigde kamer voor een enkele vrouwtjesvlinder, respectievelijk één mannetjesvlinder. Deze waren geheel omsloten door een lichtdichte doos, om de voor het roepen van de vlinders vereiste duisternis te garanderen. In de bocht van de ‘U’ bevond zich een stervormige, eveneens transparante, testkamer voor één enkele sluipwesp. Een continue langzame luchtstroom voerde via kunststofleidingen van de vrouwtjesvlinder, via de wespenkamer – waarbij de lucht in één van de sterpunten binnenstroomde – naar de mannetjesvlinder.

Noldus blikt terug op zijn onderzoek van inmiddels tien jaar geleden: “Voor dit soort onderzoek is het beslist noodzakelijk om de gedragingen van individuele dieren te registreren. Met de driekameropzet was tegelijkertijd het gedrag van de vlinders en de sluipwesp te observeren.” Daartoe plaatste de bioloog in de donkere doos een videocamera, die in het schijnsel van een zwak rood licht – onzichtbaar voor de vlinders – zicht bood op de activiteit in beide vlinderkamers. De wespenkamer werd eveneens bespied door een camera. Vervolgens voerde Noldus een groot aantal experimenten uit met telkens nieuwe drietallen van vrouwtjesvlinder, mannetjesvlinder en sluipwesp: “Bij de vrouwtjesvlinders wilden we weten of ze ‘riepen’ en daarmee dus ook feromoon afgaven. Van de mannetjesvlinders wilden we vooral weten of ze met het tonen van karakteristieke lichaamshoudingen reageerden op de door hun testkamer stromende lucht. En de effecten van de luchtstroom op de sluipwespen hoopten we te achterhalen door de tijdsbesteding in elk van de vier armen van de testkamer te meten. Meer tijd in de arm waar de luchtstroom binnenkwam, zou er immers op wijzen dat de luchtstroom aantrekkingskracht uitoefende op de wespen.”

Noldus’ relaas maakt duidelijk dat dergelijke experimenten in rap tempo grote hoeveelheden gegevens opleveren: “We bekeken de video-opnamen en noteerden dan, met een stopwatch in de hand, bijvoorbeeld ‘vrouwtje roept’, ‘wesp in sterpunt 1’, ‘mannetjesvlinder trilt met vleugels’, een typische reactie op een paringsbereid vrouwtje. Wanneer je dag in dag uit dergelijke waarnemingen doet is het onvermijdelijke resultaat een berg gegevens. Niet dat ik lui ben aangelegd, maar het omzetten van de met de hand vastgelegde waarnemingen naar een vorm geschikt om te analyseren op de computer vond ik zonde van de tijd. Die kon ik beter spenderen aan onderzoek naar veel nuttigere dingen.”

The Observer

Waarom niet het insectengedrag direct invoeren in een computer? bedacht Noldus zich. “De oplossing leek mij te liggen in een softwareprogramma dat een gewone pc kon laten functioneren als ‘event-recorder’ en tegelijkertijd eenvoudige bewerkingen van de verzamelde gegevens zou toelaten. Systemen die waarnemingen in gecodeerde vorm en op een tijdsbasis opslaan, waren er destijds al wel te krijgen, en programma’s om gegevens te manipuleren ook. Helaas bleek er niet één voor ons soort waarnemingen geschikt softwarepakket op de markt te zijn. Er zat maar een ding op: zelf een programma schrijven.”

Noldus beschikte intussen over enige programmeerervaring, en zette zich aan het schrijven. De gemiddelde informaticus van nu zou zijn neus ophalen voor de gebruikte programmeertaal BASIC en het helemaal uitproesten van het lachen over Noldus’ computer destijds: een machine met slechts 24 kilobyte intern geheugen. Toch wist de bioloog en autodidacte informatietechnoloog een programma te schrijven waarmee hij voorgoed opschrijfboekje en stopwatch uit zijn insectenstudie wist te verbannen: The Observer was geboren. Het programma toverde de eerste generatie computers en later elke gangbare pc om in een ‘event-recorder’ op maat.

Keuze

Noldus schetst de voordelen van zijn geesteskind: “Uiteraard is er tijdswinst boven het handmatig registreren van gedrag om het later in te voeren in een computer, maar dat geldt ook voor event-recorders. Mijn programma maakte het de onderzoeker voor het eerst mogelijk zélf zijn studieopzet te bepalen door via een menu te kiezen uit een van de meest gangbare observatietechnieken. Afhankelijk van de onderzoeksvraag bijvoorbeeld het zogeheten ‘focal sampling’, waarbij een individu gedurende zekere tijd continu wordt gevolgd. Die techniek gebruikte ik bij mijn sluipwespenonderzoek. Of bijvoorbeeld ‘scan sampling’ waarbij het gedrag van meerdere individuen op van te voren vastgestelde tijdstippen wordt genoteerd.”

Ook wat betreft het daadwerkelijk invoeren van (gecodeerde) gedragingen en (meestal eveneens gecodeerde) geobserveerde individuen, maakte Noldus het de onderzoeker gemakkelijk: “Daarvoor biedt de pc met zijn relatief grote scherm veel voordelen. Ik zorgde dat bij het draaien van The Observer de ingevoerde gedragingen tezamen met het tijdstip van registratie op het scherm meeliepen. Eventueel kon ik ook nog de waargenomen individuen laten meelopen.” Dit verkleinde de kans op het onwetend invoeren van ‘foute’ gegevens al aanzienlijk – een veelvoorkomend euvel bij eerdere gecomputeriseerde registratiesystemen. Noldus maakte The Observer nóg ongevoeliger voor fouten door de computer ‘ongeoorloofde’ coderingen te laten melden, en het inbouwen van een optie voor beschrijvingen van alle gebruikte coderingen.

Onderzoeker wordt ondernemer

Anno 2000 vormen The Observer en daarvan afgeleide softwarepakketten min of meer een wereldstandaard voor de meest uiteenlopende typen gedragsonderzoek. Het programma vormde de basis voor het bedrijf Noldus Information Technology b.v., dat Lucas Noldus kort na het afronden van zijn promotieonderzoek oprichtte. Noldus over zijn overstap van onderzoeker naar ondernemer destijds: “Op congressen waar ik vertelde over mijn sluipwespenonderzoek merkte ik al snel grote interesse voor mijn systeem. Toen ik mijn toekomstperspectief als kersverse doctor in overweging nam – zonder twijfel om de paar jaar verhuizen naar een nieuwe postdoc-aanstelling, waarbij mijn vrouw dan lijdzaam zou moeten volgen – en dat afzette tegen het onmiskenbaar kriebelen van ‘ondernemersgeest’ besloot ik de sprong te wagen en The Observer op de markt te brengen.”

De bioloog-ondernemer ging voortvarend te werk: “Intussen had ik via het onderzoek een kaartenbestand opgebouwd van meer dan honderd gedragsonderzoekers uit de meest uiteenlopende disciplines. Die benaderde ik via mailings. Daarnaast zorgde ik dat ik tijdens ethologencongressen met een standje klaarstond.” Noldus schaafde verder aan zijn programma en schreef eigenhandig een uitgebreide handleiding. De pakketten met floppydisks en handleiding vonden snel hun weg naar gedragsonderzoekers overal ter wereld.

Moeder-kindinteractie. Het bestuderen van de moeder-kindinteractie kan met de klassieke videocamera gebeuren (boven) of met een digitale camera (beneden). In het laatste geval is het verwerken van de gegevens en het zoeken erin veel eenvoudiger. Onderzoekers kunnen zo bijvoorbeeld het aanraken en aankijken tussen moeder en kind bestuderen.

“Het was verrassend om te zien hoeveel onderzoekers, vaak uit onverwachte richtingen, behoefte hadden aan een programma als The Observer. Op ethologencongressen kwamen mensen met adviezen om eens bij apenonderzoekers mijn licht op te steken. Stond ik niet veel later op een primatologencongres, dan kreeg ik de tip om het programma onder de aandacht van psychologen te brengen. Intussen is The Observer, naast de diverse gespecialiseerde varianten ervan, gebruikt voor bijvoorbeeld onderzoek naar het gedrag van gerevalideerde, in het wild uitgezette zeehonden, ethologische studies van scholeksters, onderzoek naar moeder-kindinteracties en zelfs in de farmaceutische industrie voor het vastleggen van de reacties op geneesmiddelen.”

Ook op Schiphol is het programma al gesignaleerd: arbeidskundigen lopen daar rond met handzame ‘palmtop’-computers om alle handelingen rondom het landen en weer vertrekken van vliegtuigen in kaart te brengen.

Booming business

“Dit staat klaar om te worden verscheept naar een opdrachtgever in Australië.” Trots toont Hans Theuws, productmanager, een manshoge stapel dozen. De opdrukken op de dozen verraden een inhoud van geavanceerde videoapparatuur van diverse bekende merken. “We leveren nu complete opstellingen voor gedragsobservatie aan laboratoria. Dit is een pakket ter waarde van zo’n 50.000 gulden (een miljoen Belgische francs). Voor ons is dit een middelgroot project.” Theuws en zijn collega marketingmanager Marco van der Veer geven graag een rondleiding door de Noldus-vestiging in Wageningen. Het is niet de enige: in het Amerikaanse Sterling staat een Noldus-dependance, en ook in het Duitse Freiburg is het bedrijf neergestreken. Een netwerk van distributeurs bedient gebruikers van Noldus-producten overal ter wereld. Het is zonneklaar dat Lucas Noldus’ The Observer een gat in de markt aanboorde. Op het Wageningse hoofdkantoor, gevestigd in een modern ogend bedrijvencentrum, werken inmiddels een kleine veertig medewerkers – waaronder gepromoveerde gedragsonderzoekers en gespecialiseerde programmeurs.

Virtual Observer

Intussen hebben Theuws en Van der Veer plaatsgenomen aan een demonstratietafel. Op een groot computerscherm draait de nieuwste versie van The Observer. De demonstratie toont een recente toepassing van het systeem. Van der Veer: “Een grote bank wilde weten of het tonen van reclame op hun pinautomaten het gedrag van klanten die geld opnemen nadelig zou beïnvloeden.” De bank installeerde videocamera’s bij pinautomaten, en gebruikt The Observer om de videobeelden te analyseren. Een muisklik verder is te zien hoe tijdens het afspelen van een video-opname van een pinnende klant, in The Observer vastgelegde gedragingen synchroon meelopen. In een venster is het videobeeld te zien, een naastgelegen venster toont de codes van gedragingen en het tijdstip waarop deze optraden. Van der Veer: “Kijk: daar maakt de klant bij het invoeren van de pincode een typfout. Onmiddellijk na het verschijnen van de reclameboodschap. Misschien zijn die reclames op dat moment toch niet zo’n goed idee.” Ook fabrieken gebruiken The Observer voor dergelijk ergonomisch onderzoek, vervolgt Theuws, “Een van de laatste ontwikkelingen is onze zogeheten Virtual Observer, een systeem dat we hebben ontwikkeld in samenwerking met een virtual-realitybedrijf. Hiermee kan de gebruiker de ergonomie van nog te bouwen fabrieken onderzoeken. Het programma laat virtuele werknemers lopen in een door de computer gegenereerde driedimensionale voorstelling van het fabrieksinterieur. The Observer legt alle handelingen vast. Dergelijke toepassingen kunnen architecten en veiligheidsdeskundigen veel tijd en geld besparen.”

Meer dan tienduizend onderzoekers van tweeduizend organisaties gebruiken inmiddels Noldusproducten. Met zichtbaar plezier toont Lucas Noldus in zijn kantoor op een wereldkaart wáár ter wereld zijn software is terechtgekomen: Ulan Bator in Mongolië: onderzoek naar przewalskipaarden; Novosibirsk in Rusland: klinische psychologie; Hawaï: plaaginsecten.

Dit artikel werd eerder gepubliceerd in Natuur & Techniek, 2001, jaargang 68, afl. 7/8

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 juli 2001

NEMO Kennislink Agenda

NEMO Kennislink vertoont op deze plaats normaal gesproken wetenschappelijke activiteiten uit heel Nederland. Door de maatregelen tegen het nieuwe coronavirus zal daarvan een groot gedeelte worden afgelast. Omdat we geen achterhaalde informatie willen verspreiden, laten we voorlopig geen activiteiten zien.
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.