streszczenie: Odsłonięto SMART-BARN, najnowocześniejszy obiekt do badania zbiorowych zachowań zwierząt.
Narzędzie to, mieszczące się w XVIII-wiecznej stodole i stodole fotograficznej wielkości sali gimnastycznej, wykorzystuje technologie o dużej przepustowości, takie jak śledzenie wizualne i dźwiękowe, do monitorowania zwierząt w 3D. Umożliwia to badaczom badanie zachowań i interakcji, których wcześniej nie można było uchwycić w warunkach laboratoryjnych.
Projekt SMART-BARN jest postrzegany jako przełom w tej dziedzinie, mający zastosowania od biologii po sztuczną inteligencję.
Kluczowe fakty:
- SMART-BARN to akronim nazwy Scalable Multimodal Arena, umożliwiającej śledzenie w czasie rzeczywistym zachowań dużych ilości zwierząt.
- Technologia ta może monitorować setki, a nawet tysiące zwierząt jednocześnie, w zależności od ich wielkości.
- System ma charakter interdyscyplinarny, został opracowany przez biologów, fizyków, inżynierów i informatyków i został już zastosowany do badania różnych gatunków, w tym gołębi, szpaków, ciem, nietoperzy i ludzi.
źródło: Uniwersytet w Konstancji
Naukowcy z Centre for Excellence Group for the Advanced Study of Collective Behavior (CASCB) i Max Planck Institute for Animal Behaviour przekształcili dawną stodołę w zaawansowane technologicznie laboratorium do kompleksowych analiz behawioralnych. Dzięki niemu mogą teraz badać złożone zachowanie grup zwierząt.
Hangar służył także jako prototyp największego laboratorium zachowania roju na Uniwersytecie w Konstancji: hangaru fotograficznego.
Głównym ograniczeniem badań behawioralnych jest to, że naukowcy mogą badać zwierzęta w ściśle kontrolowanych, ale często nierealistycznie uproszczonych i małych środowiskach laboratoryjnych, lub w w dużej mierze niekontrolowanych warunkach na wolności.
Ograniczyło to naszą zdolność do badania wielu aspektów zachowania, w tym zachowań zbiorowych, czyli ruchów i interakcji między zwierzętami, które leżą u podstaw ich złożonego życia społecznego. Co jest potrzebne, aby temu zaradzić? Po pierwsze miejsce z dużą ilością miejsca. Po drugie, nowoczesna technologia.
Obydwa są dostępne w XVIII-wiecznej stodole w Instytucie Zachowania Zwierząt im. Maxa Plancka w Mugengen niedaleko Konstancji, a obecnie w Hangarze Imaging, sali wielkości sali gimnastycznej na Uniwersytecie w Konstancji. Obydwa laboratoria służą do dokładnego badania zbiorowego zachowania zwierząt.
Aby tego dokonać w sposób wielowymiarowy, badacze z Cluster of Excellence Center for the Advanced Study of Group Behaviour na Uniwersytecie w Konstancji oraz z Instytutu Maxa Plancka ds. Zachowań Zwierząt opracowali narzędzie o nazwie SMART-BARN.
SMART-BARN to skrót od Skalowalna arena multimedialna do śledzenia zachowań zwierząt w czasie rzeczywistym w dużych ilościach.
„To nowe narzędzie, które pozwala badać złożone cechy behawioralne jednostki lub interakcje między grupami zwierząt, takimi jak owady, ptaki czy ssaki” – mówi Himal Naik. We współpracy z Matti Nagy, współprelegentem grupy, Ianem Cousinem i jego współpracownikami opracowali SMART-BARN.
Zespół był bardzo interdyscyplinarny: opracowali go wspólnie biolodzy, fizycy, inżynierowie i informatycy.
Máté Nagy wyjaśnia dalej narzędzie: „Korzystamy z wysokowydajnych technik pomiarowych, takich jak śledzenie wizualne i akustyczne, dzięki którym możemy badać dokładną lokalizację i postawę zwierząt w 3D oraz obliczać ich pole widzenia”.
Użytkownicy nowego obiektu będą mogli elastycznie przeprowadzać różne paradygmaty eksperymentalne, wykorzystując modułową naturę systemu.
Dlaczego rozmiar ma znaczenie?
„SMART-BARN został zaprojektowany w celu zwiększenia zakresu typowych eksperymentów behawioralnych w pomieszczeniach pod względem wielkości eksperymentu, mierzonych cech zachowania i wielkości grup.”
„Oznacza to, że użytkownicy mogą mierzyć wcześniej niewidziane repertuary zachowań, ponieważ zwierzęta mają więcej miejsca” – mówi informatyk Himal Naik. Obiekt – w zależności od wielkości zwierząt – może pomieścić jednocześnie 100 zwierząt i poszerza możliwości eksperymentowania na nowych gatunkach, które zazwyczaj nie są badane w warunkach zamkniętych.
„W rzeczywistości rozszerzyliśmy to rozwiązanie do pracy z kilkoma tysiącami zwierząt” – dodaje Kozin. „Niedawno przeprowadziliśmy badanie w hangarze obrazowania, w którym wyśledziliśmy 10 000 szarańczy zarazy. Byłoby to niemożliwe bez naszej technologii SMART-BARN. ”
JAK KORZYSTAĆ Z SMART-BARNA
Do tej pory SMART-BARN był używany w różnych przypadkach eksperymentalnych z udziałem tak różnorodnych obiektów, jak gołębie, szpaki, ćmy, nietoperze i ludzie.
Naik jest podekscytowany faktem, że: „Ośrodek nawiązuje nową, ważną interdyscyplinarną współpracę”.
Kontynuuje: „Na przykład SMART-BARN umożliwia śledzenie trójwymiarowego spojrzenia i pozycji ptaków w grupie dziesięciu lub większej liczby ptaków, przy jednoczesnym zachowaniu ich tożsamości. Naukowcy wykorzystują tę technologię do badania roli spojrzenia w podejmowaniu decyzji”.
Informatycy wykorzystują tę samą technologię do projektowania nowych algorytmów opartych na sztucznej inteligencji i wizji komputerowej, które ułatwiają śledzenie zwierząt w 3D bez dołączania do nich żadnych znaczników.
„Nasza metoda doprowadziła do stworzenia większego systemu w hangarze fotograficznym Uniwersytetu w Konstancji, umożliwiającego śledzenie rojów robotów i tysięcy owadów” – mówi Ian Cousin.
„Krótko mówiąc, zakres jego zastosowań jest ograniczony jedynie naszą zdolnością do tworzenia eksperymentalnych pomysłów” – mówi Matti Nagy.
Zespół widzi tę placówkę jako przestrzeń współpracy, w której badacze z całego świata będą mogli wnieść swój wkład w badanie zagadnień behawioralnych. Dlatego zespół zaprasza badaczy z całego świata do nawiązania z nimi kontaktu i planowania eksperymentów.
Informacje o badaniach z zakresu neurologii behawioralnej
autor: Helena Dietz
źródło: Uniwersytet w Konstancji
Komunikacja: Helena Dietz – Uniwersytet w Konstancji
zdjęcie: Zdjęcie przypisane Neuroscience News
Oryginalne wyszukiwanie: Otwarty dostęp.
„SMART-BARN: skalowalna arena multimedialna do śledzenia w czasie rzeczywistym zachowań dużych ilości zwierząt„Matti Nagy i in. Nauka postępuje
podsumowanie
SMART-BARN: skalowalna arena multimedialna do śledzenia w czasie rzeczywistym zachowań dużych ilości zwierząt
SMART-BARN (skalowalna multimodalna arena do śledzenia zachowań masowych zwierząt w czasie rzeczywistym) umożliwia szybkie i niezawodne wykrywanie ruchu, zachowań, komunikacji i interakcji między zwierzętami w grupach w dużym (14,7 m na 6,6 m na 3,8 m) trójwymiarowym obrazie środowisko, korzystając z wielu kanałów informacyjnych.
Zachowanie mierzy się jednocześnie szeroką gamą taksonów (owadów, ptaków, ssaków itp.) i wielkością ciała (od ćm po ludzi).
System ten integruje wiele jednoczesnych technologii pomiarowych, w tym submilimetrową dokładność, szybkie przechwytywanie ruchu (300 Hz), nagrywanie głosu i pozycjonowanie, automatyczne rozpoznawanie zachowań (wizja komputerowa) oraz sterowane komputerowo zdalne moduły interaktywne (np. automatyczne karmniki i karmniki dla zwierząt). urządzenia mobilne).
Strumienie danych są dostępne w czasie rzeczywistym, co pozwala na wysoce kontrolowane eksperymenty w pętli zamkniętej oparte na zachowaniu, a jednocześnie tworzy kompleksowe zbiory danych do analizy offline.
Zróżnicowane możliwości projektu SMART-BARN zostały pokazane w trzech trudnych studiach przypadków ptaków, podkreślając jego szerokie zastosowanie w rygorystycznej analizie zbiorowego zachowania zwierząt różnych gatunków.