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VisuTrack動(dòng)物行為分析系統

簡(jiǎn)要描述:

VisuTrack動(dòng)物行為分析系統用于自動(dòng)跟蹤和分析動(dòng)物的運動(dòng)、活動(dòng)和行為,并提供變量,如運動(dòng)速度、距離、區域活動(dòng)情況等。VisuTrack不僅采用動(dòng)物軀體部位劃分技術(shù),嚴格區分動(dòng)物的身體輪廓中心、動(dòng)物的鼻尖以及尾根,而且*應用AI圖像識別跟蹤技術(shù),通過(guò)學(xué)習和模擬海量的動(dòng)物行為實(shí)驗原始視頻,真正實(shí)現了全程動(dòng)物一鍵智能跟蹤。

更新時(shí)間:2023-11-13

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VisuTrack動(dòng)物行為分析系統



VisuTrack動(dòng)物行為分析系統

                              -----新一代行為識別技術(shù)


介紹資料



一、系統介紹

VisuTrack動(dòng)物行為分析系統用于自動(dòng)跟蹤和分析動(dòng)物的運動(dòng)、活動(dòng)和行為,并提供變量,如運動(dòng)速度、距離、區域活動(dòng)情況等。VisuTrack不僅采用動(dòng)物軀體部位劃分技術(shù),嚴格區分動(dòng)物的身體輪廓中心、動(dòng)物的鼻尖以及尾根,而且*應用AI圖像識別跟蹤技術(shù),通過(guò)學(xué)習和模擬海量的動(dòng)物行為實(shí)驗原始視頻,真正實(shí)現了全程動(dòng)物一鍵智能跟蹤。

VisuTrack不僅僅是一款跟蹤軟件,更是一個(gè)平臺,可用于*自動(dòng)化實(shí)驗研究,提高效率并減少人為錯誤。VisuTrack作為平臺,它不僅可以創(chuàng )建用于控制外部設備的復雜方案,如熒光燈、揚聲器、足部電擊以及食物顆粒分配器,而且可以與第三方電生理、光遺傳、鈣離子信號等實(shí)現數據同步,為科研工作者提供了理想的專(zhuān)屬定制化實(shí)驗平臺。

二、系統模塊組成

VisuTrack包含多種主要功能模塊:

  • 基礎模塊(Basic module)

  • 輸出輸出控制模塊(I/O Module)

  • 插件模塊(Plug-in module)

  • GLP模塊(GLP module)

  • 復雜精細行為模塊

VisuTrack是一個(gè)*利用第三代行為學(xué)技術(shù)—行為識別技術(shù)的系統??梢赃m應目前大多數主流行為學(xué)實(shí)驗的需要,同時(shí)提供參數,提高檢測的靈敏度和準確度。

三、軟件應用范圍

  • 學(xué)習記憶實(shí)驗

   Morris水迷宮、八臂迷宮、十二臂迷宮、Y迷宮、T迷宮、Barnes迷宮、六臂水迷宮

  • 焦慮抑郁實(shí)驗

   高架十字迷宮、曠場(chǎng)實(shí)驗、自發(fā)活動(dòng)、O迷宮、明暗箱(黑白箱)、強迫游泳、懸尾

  • 探索行為實(shí)驗

新奇物體識別實(shí)驗、動(dòng)物交際實(shí)驗、洞板實(shí)驗、孔洞實(shí)驗

  • 藥物成癮實(shí)驗

條件位置偏愛(ài)(CPP)、條件位置厭惡(CPA)

  • 外部控制實(shí)驗

條件性光刺激、聲刺激、電刺激、光遺傳、電生理同步,提供TTL接口后,更適用于避暗實(shí)驗、跳臺實(shí)驗、睡眠剝奪實(shí)驗、學(xué)習無(wú)助實(shí)驗、飲水電擊實(shí)驗、場(chǎng)景恐懼實(shí)驗等


四、技術(shù)特點(diǎn)

4.1 新一代行為識別算法

系統擁有多種功能強大的動(dòng)物檢測及消除噪音的檢測方法,可以應付幾乎所有的復雜實(shí)驗環(huán)境下的行為實(shí)驗,支持Animal Size動(dòng)物的大小、Animal Color 動(dòng)物顏色與背景差(黑-白、白-黑、雜色-變化背景等),同時(shí)支持自動(dòng)閾值、手動(dòng)閾值、復雜閾值(既白又黑)、頭部朝向閾值等:

  • AI智能識別法,適用于新手實(shí)驗員,能夠快速、準確、自動(dòng)識別實(shí)驗動(dòng)物

  • 灰度法,適合光線(xiàn)穩定,實(shí)驗環(huán)境背景與被檢測動(dòng)物色差明顯的實(shí)驗

  • 靜態(tài)背景法,適合實(shí)驗環(huán)境背景不均衡,亮暗不明,但背景相對固定的實(shí)驗

  • 動(dòng)態(tài)背景法,適合實(shí)驗環(huán)境背景不均衡,亮暗不明,且背景會(huì )微弱變化的實(shí)驗

  • 高斯背景法,適合環(huán)境背景復雜,光線(xiàn)微弱,動(dòng)物顏色與背景差異較小的實(shí)驗

4.2 多體位點(diǎn)識別技術(shù)

軟件對動(dòng)物形體進(jìn)行全局分析,以檢測鼻尖(Nose position)、前部軀體中心(Forebody Center)、身體中心(Animal Center)和尾根(Tail Base position)四個(gè)特征點(diǎn),并據此分析動(dòng)物行為。


使用動(dòng)物身體多個(gè)點(diǎn)模塊,軟件可以識別動(dòng)物的鼻尖和尾根,當研究大鼠或小鼠的記憶時(shí),動(dòng)物鼻子與某個(gè)物體的接近或動(dòng)物頭部朝向均屬于非常有用的參數。頭部朝向區域非常適用于新奇物體識別實(shí)驗,即研究動(dòng)物對觀(guān)察區內部或者外部物體的興趣。新物體探索通常被定義為圍繞物體特定半徑內動(dòng)物頭部的活動(dòng)?!邦^部朝向區域"變量分析大鼠或小鼠頭部朝向感興趣點(diǎn)的程度角度。

軟件還可以使用身體多個(gè)點(diǎn)檢測來(lái)更準確的分析進(jìn)入迷宮或其他區域的前肢,并定義哪些身體點(diǎn)應該進(jìn)入前肢,以便將其計入指標。后,該功能也是社會(huì )交互實(shí)驗研究的一個(gè)很好補充。

4.3 復雜精細行為檢測

系統可以全自動(dòng)分析更多實(shí)驗動(dòng)物的精細行為, 如爬行/靜止/原地微動(dòng),擺頭/甩頭,理毛修飾,轉圈,站立,靠邊行走,嗅探,伸長(cháng),身體彎曲等,并可以生成相應時(shí)間內的動(dòng)物行為圖譜及時(shí)序圖;此模塊自動(dòng)化可提高研究客觀(guān)性和有效性,因為其優(yōu)點(diǎn)多于人眼觀(guān)察。該系統具有準確性、一致性和連續性。它將每次以相同方式對相同行為評分。特別是提高了長(cháng)期觀(guān)察的有效性。人眼觀(guān)察會(huì )疲憊,對幾分鐘的視頻的行為評分可能需要數小時(shí),而精細行為插件功能可以自動(dòng)判斷,永遠不會(huì )讓人失望。


4.4 外部輸入輸出控制與觸發(fā)功能

將行為與生物信號(腦電圖、血壓、神經(jīng)元活動(dòng)、超聲波發(fā)聲)和實(shí)驗刺激(聲音、光、電擊等)整合,VisuTrack提供整合方案和模塊寫(xiě)入等方式同步分析。利用智能的觸發(fā)選項功能,可以自定義Event和Action,實(shí)現自動(dòng)開(kāi)始分析、停止分析以及暫停分析、恢復分析等功能。

圖為I/O box,輸入輸出控制器

舉個(gè)實(shí)驗案例,在使用光遺傳刺激進(jìn)行行為研究時(shí),實(shí)驗和硬件控制可以發(fā)揮很大的作用??梢愿鶕?dòng)物行為或時(shí)間,利用實(shí)驗和硬件控制模塊來(lái)控制刺激。同時(shí)還可以記錄實(shí)驗期間出現的各種情況,因此,可輕松的分析光遺傳刺激行為后發(fā)生了什么行為變化。


4.5 GLP實(shí)驗模塊

系統包含了GLP模塊(GLP Module),可以實(shí)現用戶(hù)權限、用戶(hù)策略分配,系統自帶管理員模式、審閱用戶(hù)模式以及實(shí)驗員模式,對應有不同的軟件使用權限,并可以導出符合GLP要求的操作日志表以及審閱日志表,同時(shí)可以開(kāi)展動(dòng)物行為“雙盲"實(shí)驗。

針對于學(xué)校構建動(dòng)物行為實(shí)驗室平臺,為方便高效管理,還可以額外允許根據實(shí)驗室要求,分配實(shí)驗員操作軟件的權限,為所有學(xué)員內置各種規范的實(shí)驗模版以及用戶(hù)自定義實(shí)驗模版。

4.6全面實(shí)時(shí)功能

軟件具有全面實(shí)時(shí)功能,可以實(shí)時(shí)顯示插件窗口,用以實(shí)時(shí)顯示動(dòng)物的跟蹤狀態(tài),判斷是否準確跟蹤;Event窗口,實(shí)時(shí)顯示動(dòng)物跟蹤分析過(guò)程的精細行為事件;Result窗口,實(shí)時(shí)顯示指標測量結果;

4.7實(shí)驗復檢功能

軟件提供復驗功能,即對檢測的事件可以通過(guò)點(diǎn)擊來(lái)自動(dòng)回/播放相應事件對應的視頻,便于校驗;可調整分析參數,對實(shí)時(shí)分析時(shí)錄下來(lái)的視頻/軌跡點(diǎn)進(jìn)行重新分析以改進(jìn)分析結果,而無(wú)需重做實(shí)驗重新記錄視頻/分析視頻;

4.8區域進(jìn)入判斷標準

提供多種動(dòng)物進(jìn)入區域判斷標準:中心點(diǎn)進(jìn)入、身體面積進(jìn)入以及體位點(diǎn)判斷進(jìn)入,同時(shí)可以自定義相關(guān)判斷標準的閾值,動(dòng)物處在不同的實(shí)驗容器中,我們需要更換不同的判斷標準來(lái)提供實(shí)驗的可信度和準確性。

4.9同步分析不同類(lèi)別實(shí)驗

同一套軟件可以在同一臺電腦上同一時(shí)刻在線(xiàn)或離線(xiàn)分析不同的動(dòng)物行為實(shí)驗,提高實(shí)驗效率的同時(shí)更增加了藥效評價(jià)的可靠性、實(shí)時(shí)性以及同步性,且分析結束后數據會(huì )自動(dòng)按照實(shí)驗類(lèi)別歸類(lèi),尤其適合應用于學(xué)校構建動(dòng)物行為實(shí)驗公共平臺和批量離線(xiàn)處理視頻。如圖,可以同時(shí)離線(xiàn)分析morris水迷宮、八臂迷宮、高架十字迷宮和曠場(chǎng)實(shí)驗視頻。



五、數據管理功能

5.1 實(shí)驗指標統計

VisuTrack軟件支持分段檢索數據、分組統計數據以及軌跡篩選功能,能夠讓用戶(hù)在不使用第三方軟件的情況下,也可以得到強大的統計處理功能,可以計算選中指標的方差和標準差,繪制并導出相應指標的直方圖。

5.2 曲線(xiàn)軌跡展示

VisuTrack軟件提供了多種形式的動(dòng)物活動(dòng)軌跡可視化展現方式:軌跡圖、軌跡矢量圖(支持多倍無(wú)損放大/縮?。?、熱圖、3D熱圖、二維活動(dòng)量圖以及三維活動(dòng)量圖。

 

六、豐富的插件功能(選配)

VisuTrack軟件提供了豐富的插件功能,方便為用戶(hù)擴展定制個(gè)性化的實(shí)驗和測試指標,目前,我們已經(jīng)定制了Morris水迷宮、曠場(chǎng)實(shí)驗、頭部探索行為以及交替行為等插件模塊,通過(guò)這些插件的啟用,用戶(hù)更加方便開(kāi)展“不同尋常"的行為學(xué)實(shí)驗,并計算出“與眾不同"的行為學(xué)指標參數。

  • Morris水迷宮插件

  • 交替行為插件

  • 曠場(chǎng)實(shí)驗插件

  • 精細行為插件

  • 頭部探索行為插件

  • 巴恩斯迷宮插件

  • Lat迷宮插件

  • 強迫游泳實(shí)驗插件

  • 懸尾實(shí)驗插件

6.1 Morris水迷宮插件

Morris水迷宮插件允許用戶(hù)額外的定義設置相關(guān)搜索策略區域參數(直線(xiàn)式搜索、趨向式搜索、邊緣式搜索),測試更加豐富的水迷宮實(shí)驗指標,同樣接受用戶(hù)定制各類(lèi)深度的指標:轉向搜索、方向趨近、距離趨近等。

6.2 頭部探索行為插件

頭部探索行為插件在基礎模塊的三點(diǎn)識別的基礎上,引入了更加復雜的判斷機制來(lái)檢測動(dòng)物頭部(鼻尖)是否有效接觸興趣物體,如頭部偏向、有效距離等。

6.3 曠場(chǎng)實(shí)驗插件

曠場(chǎng)實(shí)驗插件可以讓用戶(hù)進(jìn)一步評價(jià)動(dòng)物在曠場(chǎng)實(shí)驗箱里的跨格行為,比如跨格次數和跨格等級、近壁距離、支撐性站立以及非支撐性站立等。

         

6.4 Y迷宮插件

Y迷宮插件可以擴展讓用戶(hù)在Y迷宮實(shí)驗中,檢測動(dòng)物自發(fā)交替行為的相關(guān)參數,比如異臂單步循環(huán)次數(SAP),首尾同臂循環(huán)次數(AAR)以及同臂單循環(huán)次數(SAR)。

七、測試指標

我們?yōu)橛脩?hù)提供了非常豐富的動(dòng)物行為測試參數,通過(guò)這些參數可以幫助用戶(hù)分析各類(lèi)動(dòng)物行為信息。所有的測試指標到每一個(gè)用戶(hù)定義的分析區域。

常規指標:活動(dòng)路程、逗留時(shí)間、運動(dòng)速度

實(shí)驗指標:各區域潛伏期(*進(jìn)入時(shí)間)、進(jìn)入次數、進(jìn)入深度、路程比例

特色指標:休息(靜止)時(shí)間、掙扎時(shí)間、Freezing時(shí)間、Freezing次數

探索指標:頭部接觸次數、接觸時(shí)間、接觸潛伏期、接近時(shí)間、大距離

精細行為指標:飲水次數、飲食次數、甩頭次數、修飾行為、卷縮行為、嗅探行為、伸長(cháng)、僵直等

插件指標:轉向搜索、方向趨近、接近度、交替行為、跨格次數、跨格等級、支撐站立、搜索策略、自定義區域周邊活動(dòng)情況、嗅聞半徑等


八、系統組成

VisuTrack完整的系統方案包涵VisuTrack軟件(按模塊選配)、采集模塊、實(shí)驗儀器。

其中,VisuTrack軟件支持安裝Win Xp和Win7系統、Win10系統,采集模塊包括USB采集卡、攝像機,實(shí)驗儀器需要根據用戶(hù)的課題方向選配,如Morris水迷宮、高架十字迷宮、曠場(chǎng)實(shí)驗等。

  VisuTrack動(dòng)物行為視頻分析軟件

相機建議黑白槍式攝像機,700線(xiàn)清晰度

采集卡建議選擇USB采集卡,這樣軟件可以裝在筆記本里

九、軟件擴展升級

上海欣軟已經(jīng)為“Super"系列和“Track"系列動(dòng)物行為分析軟件申請了數項軟件著(zhù)作權,擁有核心識別算法技術(shù)和后續軟件持續升級維護的能力。

VisuTrack軟件 3 年內免費升級,不升級不會(huì )影響用戶(hù)的正常使用。

我們通常選擇學(xué)校暑假前夕(7月)和寒假前夕(12月)左右聯(lián)系用戶(hù)升級。



十、典型客戶(hù)

ü 中科院納米研究所

ü 軍事醫學(xué)科學(xué)院

ü 中科院生物物理研究所

ü 中科院心理研究所

ü 中科院藥物研究所

ü 北京大學(xué)生命科學(xué)院

ü 北京大學(xué)醫學(xué)部  藥物依賴(lài)所

ü 上海交通大學(xué)

ü 中國農業(yè)大學(xué)

ü 山東中醫藥大學(xué)

ü 昭衍(蘇州)新藥研究中心有限公司

ü 上海綠谷制藥有限公司

ü 江漢大學(xué)

ü 蘇州大學(xué)

ü 南京大學(xué)

用戶(hù)名單未詳盡列出,排名不分先后。

十一、軟件擴展

VisuTrack軟件是上海欣軟信息科技有限公司開(kāi)發(fā)的新一代動(dòng)物行為分析系統,可以適用于幾乎所有的動(dòng)物行為實(shí)驗測試,我們秉承“一切為了實(shí)驗"的宗旨,將會(huì )一如既往的將更多的“黑科技"引入到行為分析軟件當中。VisuTrack的插件模塊(選配)將持續更新,我們也非常希望能夠吸納更多客戶(hù)的實(shí)驗需求。目前,“Track"系列軟件正在開(kāi)拓FishTrack斑馬魚(yú)行為分析軟件CageTrack嚙齒動(dòng)物日常行為監測軟件。


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