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VisuTrack动物行为分析系统

简要描述:

VisuTrack动物行为分析系统用于自动跟踪和分析动物的运动、活动和行为,并提供变量,如运动速度、距离、区域活动情况等。VisuTrack不仅采用动物躯体部位划分技术,严格区分动物的身体轮廓中心、动物的鼻尖以及尾根,而且首次应用AI图像识别跟踪技术,通过学习和模拟海量的动物行为实验原始视频,真正实现了全程动物一键智能跟踪。

更新时间:2021-03-09

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VisuTrack动物行为分析系统

 

 

VisuTrack动物行为分析系统

                               -----新一代行为识别技术

 

介绍资料

 

 

一、系统介绍

VisuTrack动物行为分析系统用于自动跟踪和分析动物的运动、活动和行为,并提供变量,如运动速度、距离、区域活动情况等。VisuTrack不仅采用动物躯体部位划分技术,严格区分动物的身体轮廓中心、动物的鼻尖以及尾根,而且首次应用AI图像识别跟踪技术,通过学习和模拟海量的动物行为实验原始视频,真正实现了全程动物一键智能跟踪。

VisuTrack不仅仅是一款跟踪软件,更是一个平台,可用于完全自动化实验研究,提高效率并减少人为错误。VisuTrack作为平台,它不仅可以创建用于控制外部设备的复杂方案,如荧光灯、扬声器、足部电击以及食物颗粒分配器,而且可以与第三方电生理、光遗传、钙离子信号等实现数据同步,为科研工作者提供了理想的专属定制化实验平台。

二、系统模块组成

VisuTrack包含多种主要功能模块:

  • 基础模块(Basic module)
  • 输出输出控制模块(I/O Module)
  • 插件模块(Plug-in module)
  • GLP模块(GLP module)
  • 复杂精细行为模块

VisuTrack是一个完全利用第三代行为学技术—行为识别技术的系统。可以适应目前大多数主流行为学实验的需要,同时提供参数,提高检测的灵敏度和准确度。

三、软件应用范围

  • 学习记忆实验

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

  • 焦虑抑郁实验

    高架十字迷宫、旷场实验、自发活动、O迷宫、明暗箱(黑白箱)、强迫游泳、悬尾

  • 探索行为实验

新奇物体识别实验、动物交际实验、洞板实验、孔洞实验

  • 药物成瘾实验

条件位置偏爱(CPP)、条件位置厌恶(CPA)

  • 外部控制实验

条件性光刺激、声刺激、电刺激、光遗传、电生理同步,提供TTL接口后,更适用于避暗实验、跳台实验、睡眠剥夺实验、学习无助实验、饮水电击实验、场景恐惧实验等

 

四、技术特点

4.1 新一代行为识别算法

系统拥有多种功能强大的动物检测及消除噪音的检测方法,可以应付几乎所有的复杂实验环境下的行为实验,支持Animal Size动物的大小、Animal Color 动物颜色与背景差(黑-白、白-黑、杂色-变化背景等),同时支持自动阈值、手动阈值、复杂阈值(既白又黑)、头部朝向阈值等:

  • AI智能识别法,适用于新手实验员,能够快速、准确、自动识别实验动物
  • 灰度法,适合光线稳定,实验环境背景与被检测动物色差明显的实验
  • 静态背景法,适合实验环境背景不均衡,亮暗不明,但背景相对固定的实验
  • 动态背景法,适合实验环境背景不均衡,亮暗不明,且背景会微弱变化的实验
  • 高斯背景法,适合环境背景复杂,光线微弱,动物颜色与背景差异较小的实验

4.2 多体位点识别技术

软件对动物形体进行全局分析,以检测鼻尖(Nose position)、前部躯体中心(Forebody Center)、身体中心(Animal Center)和尾根(Tail Base position)四个特征点,并据此分析动物行为。

 

使用动物身体多个点模块,软件可以识别动物的鼻尖和尾根,当研究大鼠或小鼠的记忆时,动物鼻子与某个物体的接近或动物头部朝向均属于非常有用的参数。头部朝向区域非常适用于新奇物体识别实验,即研究动物对观察区内部或者外部物体的兴趣。新物体探索通常被定义为围绕物体特定半径内动物头部的活动。“头部朝向区域”变量分析大鼠或小鼠头部朝向感兴趣点的程度角度。

软件还可以使用身体多个点检测来更准确的分析进入迷宫或其他区域的前肢,并定义哪些身体点应该进入前肢,以便将其计入指标。后,该功能也是社会交互实验研究的一个很好补充。

4.3 复杂精细行为检测

系统可以全自动分析更多实验动物的精细行为, 如爬行/静止/原地微动,摆头/甩头,理毛修饰,转圈,站立,靠边行走,嗅探,伸长,身体弯曲等,并可以生成相应时间内的动物行为图谱及时序图;此模块自动化可提高研究客观性和有效性,因为其优点多于人眼观察。该系统具有准确性、一致性和连续性。它将每次以相同方式对相同行为评分。特别是提高了长期观察的有效性。人眼观察会疲惫,对几分钟的视频的行为评分可能需要数小时,而精细行为插件功能可以自动判断,永远不会让人失望。

 

4.4 外部输入输出控制与触发功能

将行为与生物信号(脑电图、血压、神经元活动、超声波发声)和实验刺激(声音、光、电击等)整合,VisuTrack提供整合方案和模块写入等方式同步分析。利用智能的触发选项功能,可以自定义Event和Action,实现自动开始分析、停止分析以及暂停分析、恢复分析等功能。

 图为I/O box,输入输出控制器

举个实验案例,在使用光遗传刺激进行行为研究时,实验和硬件控制可以发挥很大的作用。可以根据动物行为或时间,利用实验和硬件控制模块来控制刺激。同时还可以记录实验期间出现的各种情况,因此,可轻松的分析光遗传刺激行为后发生了什么行为变化。

 

4.5 GLP实验模块

系统包含了GLP模块(GLP Module),可以实现用户权限、用户策略分配,系统自带管理员模式、审阅用户模式以及实验员模式,对应有不同的软件使用权限,并可以导出符合GLP要求的操作日志表以及审阅日志表,同时可以开展动物行为“双盲”实验。

针对于学校构建动物行为实验室平台,为方便高效管理,还可以额外允许根据实验室要求,分配实验员操作软件的权限,为所有学员内置各种规范的实验模版以及用户自定义实验模版。

4.6全面实时功能

软件具有全面实时功能,可以实时显示插件窗口,用以实时显示动物的跟踪状态,判断是否准确跟踪;Event窗口,实时显示动物跟踪分析过程的精细行为事件;Result窗口,实时显示指标测量结果;

4.7实验复检功能

软件提供复验功能,即对检测的事件可以通过点击来自动回/播放相应事件对应的视频,便于校验;可调整分析参数,对实时分析时录下来的视频/轨迹点进行重新分析以改进分析结果,而无需重做实验重新记录视频/分析视频;

4.8区域进入判断标准

提供多种动物进入区域判断标准:中心点进入、身体面积进入以及体位点判断进入,同时可以自定义相关判断标准的阈值,动物处在不同的实验容器中,我们需要更换不同的判断标准来提供实验的可信度和准确性。

4.9同步分析不同类别实验

同一套软件可以在同一台电脑上同一时刻在线或离线分析不同的动物行为实验,提高实验效率的同时更增加了药效评价的可靠性、实时性以及同步性,且分析结束后数据会自动按照实验类别归类,尤其适合应用于学校构建动物行为实验公共平台和批量离线处理视频。如图,可以同时离线分析morris水迷宫、八臂迷宫、高架十字迷宫和旷场实验视频。

 

 

 

五、数据管理功能

5.1 实验指标统计

VisuTrack软件支持分段检索数据、分组统计数据以及轨迹筛选功能,能够让用户在不使用第三方软件的情况下,也可以得到强大的统计处理功能,可以计算选中指标的方差和标准差,绘制并导出相应指标的直方图。

 

5.2 曲线轨迹展示

VisuTrack软件提供了多种形式的动物活动轨迹可视化展现方式:轨迹图、轨迹矢量图(支持多倍无损放大/缩小)、热图、3D热图、二维活动量图以及三维活动量图

  

六、丰富的插件功能(选配)

VisuTrack软件提供了丰富的插件功能,方便为用户扩展定制个性化的实验和测试指标,目前,我们已经定制了Morris水迷宫、旷场实验、头部探索行为以及交替行为等插件模块,通过这些插件的启用,用户更加方便开展“不同寻常”的行为学实验,并计算出“与众不同”的行为学指标参数。

  • Morris水迷宫插件
  • 交替行为插件
  • 旷场实验插件
  • 精细行为插件
  • 头部探索行为插件
  • 巴恩斯迷宫插件
  • Lat迷宫插件
  • 强迫游泳实验插件
  • 悬尾实验插件

6.1 Morris水迷宫插件

Morris水迷宫插件允许用户额外的定义设置相关搜索策略区域参数(直线式搜索、趋向式搜索、边缘式搜索),测试更加丰富的水迷宫实验指标,同样接受用户定制各类深度的指标:转向搜索、方向趋近、距离趋近等。

 

6.2 头部探索行为插件

头部探索行为插件在基础模块的三点识别的基础上,引入了更加复杂的判断机制来检测动物头部(鼻尖)是否有效接触兴趣物体,如头部偏向、有效距离等。

 

6.3 旷场实验插件

旷场实验插件可以让用户进一步评价动物在旷场实验箱里的跨格行为,比如跨格次数和跨格等级、近壁距离、支撑性站立以及非支撑性站立等。

          

6.4 Y迷宫插件

Y迷宫插件可以扩展让用户在Y迷宫实验中,检测动物自发交替行为的相关参数,比如异臂单步循环次数(SAP),首尾同臂循环次数(AAR)以及同臂单循环次数(SAR)。

 

七、测试指标

我们为用户提供了非常丰富的动物行为测试参数,通过这些参数可以帮助用户分析各类动物行为信息。所有的测试指标到每一个用户定义的分析区域。

常规指标:活动路程、逗留时间、运动速度

实验指标:各区域潜伏期(首次进入时间)、进入次数、进入深度、路程比例

特色指标:休息(静止)时间、挣扎时间、Freezing时间、Freezing次数

探索指标:头部接触次数、接触时间、接触潜伏期、接近时间、大距离

精细行为指标:饮水次数、饮食次数、甩头次数、修饰行为、卷缩行为、嗅探行为、伸长、僵直等

插件指标:转向搜索、方向趋近、接近度、交替行为、跨格次数、跨格等级、支撑站立、搜索策略、自定义区域周边活动情况、嗅闻半径等

 

八、系统组成

VisuTrack完整的系统方案包涵VisuTrack软件(按模块选配)、采集模块、实验仪器

其中,VisuTrack软件支持安装Win Xp和Win7系统、Win10系统,采集模块包括USB采集卡、摄像机,实验仪器需要根据用户的课题方向选配,如Morris水迷宫、高架十字迷宫、旷场实验等。

   VisuTrack动物行为视频分析软件

相机建议黑白枪式摄像机,700线清晰度

采集卡建议选择USB采集卡,这样软件可以装在笔记本里

九、软件扩展升级

上海欣软已经为“Super”系列和“Track”系列动物行为分析软件申请了数项软件著作权,拥有核心识别算法技术和后续软件持续升级维护的能力。

VisuTrack软件 3 年内免费升级,不升级不会影响用户的正常使用。

我们通常选择学校暑假前夕(7月)和寒假前夕(12月)左右联系用户升级。

 

 

十、典型客户

ü 中科院纳米研究所

ü 军事医学科学院

ü 中科院生物物理研究所

ü 中科院心理研究所

ü 中科院药物研究所

ü 北京大学生命科学院

ü 北京大学医学部  药物依赖所

ü 上海交通大学

ü 中国农业大学

ü 山东中医药大学

ü 昭衍(苏州)新药研究中心有限公司

ü 上海绿谷制药有限公司

ü 江汉大学

ü 苏州大学

ü 南京大学

用户名单未详尽列出,排名不分先后。

十一、软件扩展

VisuTrack软件是上海欣软信息科技有限公司开发的新一代动物行为分析系统,可以适用于几乎所有的动物行为实验测试,我们秉承“一切为了实验”的宗旨,将会一如既往的将更多的“黑科技”引入到行为分析软件当中。VisuTrack的插件模块(选配)将持续更新,我们也非常希望能够吸纳更多客户的实验需求。目前,“Track”系列软件正在开拓FishTrack斑马鱼行为分析软件CageTrack啮齿动物日常行为监测软件

 

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