최신 기술을 사용하여 동물 행동 연구에 혁명을 일으키다

요약: 동물 집단 행동 연구를 위한 최첨단 시설인 SMART-BARN을 공개했습니다.

18세기 헛간과 체육관 크기의 사진 헛간에 보관된 이 도구는 시각 및 청각 추적과 같은 처리량이 높은 기술을 사용하여 동물을 3D로 모니터링합니다. 이를 통해 연구자들은 이전에는 실험실 환경에서 포착할 수 없었던 행동과 상호 작용을 연구할 수 있습니다.

SMART-BARN은 생물학에서 인공 지능에 이르는 응용 분야를 통해 현장의 판도를 바꾸는 것으로 간주됩니다.

중요한 사실:

1. SMART-BARN은 대규모 동물 행동을 실시간으로 추적하기 위한 Scalable Multimodal Arena의 약어입니다.
2. 이 기술은 크기에 따라 수백, 심지어 수천 마리의 동물을 동시에 모니터링할 수 있습니다.
3. 이 시스템은 생물학자, 물리학자, 엔지니어 및 컴퓨터 과학자가 개발한 학제간 시스템이며 이미 비둘기, 찌르레기, 나방, 박쥐 및 인간을 포함한 다양한 종을 연구하는 데 적용되었습니다.

원천: 콘스탄츠 대학교

CASCB(고급 집단 행동 연구를 위한 우수 그룹 센터)와 막스 플랑크 동물 행동 연구소의 연구원들은 이전 헛간을 복잡한 행동 분석을 위한 첨단 기술 실험실로 개조했습니다. 이를 통해 이제 동물 집단의 복잡한 행동을 연구할 수 있습니다.

격납고는 또한 콘스탄츠 대학의 가장 큰 떼 행동 실험실인 사진 격납고의 프로토타입으로도 사용되었습니다.

행동 연구의 주요 한계는 과학자들이 동물을 고도로 통제되지만 종종 비현실적으로 단순화되고 작은 실험실 환경이나 통제되지 않는 야생 환경에서 연구할 수 있다는 것입니다.

이로 인해 집단 행동, 즉 동물의 복잡한 사회적 삶의 기초가 되는 동물 간의 움직임과 상호 작용을 포함하여 행동의 여러 측면을 연구하는 능력이 제한되었습니다. 이 문제를 해결하려면 무엇이 필요합니까? 첫째, 공간이 많은 곳. 둘째, 현대 기술.

두 가지 모두 콘스탄츠 근처 무겐겐에 있는 막스 플랑크 동물 행동 연구소의 18세기 헛간에서 볼 수 있으며, 현재는 콘스탄츠 대학의 체육관 크기 홀인 이미징 격납고에 있습니다. 두 실험실 모두 동물의 집단적 행동을 면밀히 조사하는 데 사용됩니다.

다차원적인 방식으로 이를 수행하기 위해 콘스탄츠 대학의 집단 행동 고급 연구를 위한 우수 클러스터 센터와 막스 플랑크 동물 행동 연구소의 연구원들은 SMART-BARN이라는 도구를 개발했습니다.

SMART-BARN은 약어입니다. 대규모 동물 행동을 실시간으로 추적하기 위한 확장 가능한 멀티미디어 경기장.

Himal Naik은 “이것은 개인의 복잡한 행동 특성이나 곤충, 새 또는 포유류와 같은 동물 그룹 간의 상호 작용을 연구할 수 있는 새로운 도구입니다.”라고 말했습니다. 그룹 공동 발표자인 Matti Nagy, Ian Kosin 및 동료들과 협력하여 SMART-BARN을 개발했습니다.

팀은 매우 학제적이었습니다. 생물학자, 물리학자, 엔지니어 및 컴퓨터 과학자가 함께 개발했습니다.

Máté Nagy는 이 도구에 대해 다음과 같이 설명합니다. “우리는 시각 및 음향 추적과 같은 처리량이 높은 측정 기술을 사용하여 동물의 정확한 위치와 자세를 3D로 연구하고 시야를 계산할 수 있습니다.”

새로운 시설의 사용자는 시스템의 모듈식 특성을 활용하여 다양한 실험 모델을 수행할 수 있는 유연성을 갖게 됩니다.

크기가 왜 중요합니까?

SMART-BARN은 실험 규모, 측정된 행동 특성 및 그룹 규모 측면에서 일반적인 실내 행동 실험의 범위를 향상하도록 설계되었습니다.

컴퓨터 과학자 Himal Naik은 “이것은 동물이 더 많은 공간을 갖고 있기 때문에 사용자가 이전에는 볼 수 없었던 행동 레퍼토리를 측정할 수 있다는 것을 의미합니다.”라고 말합니다. 동물의 크기에 따라 한 번에 100마리의 동물을 수용할 수 있으며, 실내 환경에서 일반적으로 연구되지 않는 새로운 종에 대한 실험 가능성을 확장합니다.

Cozen은 “실제로 우리는 이것을 수천 마리의 동물을 대상으로 작업할 수 있도록 확장했습니다. 우리는 최근 Imaging Hangar에서 10,000마리의 전염병 메뚜기를 추적하는 연구를 수행했습니다. 이것은 SMART-BARN 기술이 없었다면 불가능했을 것입니다.”라고 덧붙였습니다. .”

스마트반 이용방법

현재까지 SMART-BARN은 비둘기, 찌르레기, 나방, 박쥐 및 인간과 같은 다양한 주제를 포함하는 다양한 실험 사용 사례에 사용되었습니다.

Naik은 “이 시설이 중요한 새로운 다분야 협력을 형성하고 있기 때문에 기쁘게 생각합니다.”라고 말했습니다.

그는 계속해서 다음과 같이 말합니다: “예를 들어 SMART-BARN은 정체성을 유지하면서 10명 이상 그룹의 새들의 3D 시선과 자세를 추적하는 기능을 제공합니다. 연구원들은 이 기술을 사용하여 의사 결정에서 시선의 역할을 탐구하고 있습니다.

컴퓨터 과학자들은 동일한 기술을 사용하여 태그를 부착하지 않고도 동물의 3D 추적을 용이하게 하는 새로운 컴퓨터 비전 및 AI 기반 알고리즘을 설계하고 있습니다.

Ian Kosin은 “우리의 방법을 통해 Konstanz 대학의 영상 헛간에서 로봇 떼나 수천 마리의 곤충을 추적할 수 있는 더 큰 시스템을 구축할 수 있었습니다.”라고 말했습니다.

Matti-Nagy는 “요컨대, 응용 범위는 실험적 아이디어를 생각해내는 능력에 의해서만 제한됩니다.”라고 말합니다.

팀은 이 시설을 전 세계의 연구자들이 행동 문제를 탐구하는 데 기여할 수 있는 협업 공간으로 구상하고 있습니다. 따라서 팀은 전 세계의 연구원을 초대하여 그들과 연결하고 실험을 계획합니다.

행동 신경과학 연구 뉴스 소개

작가: 헬레나 디에츠
원천: 콘스탄츠 대학교
의사소통: 헬레나 디에츠 – 콘스탄츠 대학교
그림: 이미지 제공: 신경과학 뉴스

원래 검색: 오픈 액세스.
“SMART-BARN: 대규모 동물 행동을 실시간으로 추적하기 위한 확장 가능한 멀티미디어 경기장Matti Nagy 외. 과학의 발전

요약

SMART-BARN: 대규모 동물 행동을 실시간으로 추적하기 위한 확장 가능한 멀티미디어 경기장

SMART-BARN(Scalable Multimodal Arena for Real-time Mass Animal Behavior Tracking)은 대규모(14.7m x 6.6m x 3.8m) 3D 환경 내에서 그룹 내 동물 간의 움직임, 행동, 의사소통 및 상호 작용을 빠르고 강력하게 수집합니다. 환경 여러 정보 채널을 사용합니다.

행동은 다양한 분류군(곤충, 새, 포유류 등)과 신체 크기(나방에서 인간까지)를 동시에 측정합니다.

이 시스템은 밀리미터 미만의 정확도, 고속 모션 캡처(300Hz), 음성 녹음 및 위치 확인, 자동 행동 인식(컴퓨터 비전), 컴퓨터 제어 원격 대화형 모듈(예: 자동 공급 장치 및 동물 공급 장치). 모바일 장치).

데이터 스트림은 실시간으로 제공되므로 고도로 제어되고 동작 중심의 폐쇄 루프 실험이 가능하며 오프라인 분석을 위한 포괄적인 데이터 세트를 생성할 수 있습니다.

SMART-BARN의 다양한 능력은 조류에 대한 세 가지 도전적인 사례 연구를 통해 입증되었으며, 이는 종 전반에 걸친 집단적 동물 행동에 대한 엄격한 분석에 대한 광범위한 적용 가능성을 강조합니다.