Rivoluzionare gli studi sul comportamento animale utilizzando le tecnologie più recenti

riepilogo: Ha presentato SMART-BARN, una struttura all’avanguardia per lo studio del comportamento collettivo degli animali.

Ospitata in un fienile del XVIII secolo e in un fienile fotografico delle dimensioni di una palestra, la struttura utilizza tecniche ad alto rendimento come il tracciamento ottico e audio per monitorare gli animali in 3D. Ciò consente ai ricercatori di studiare comportamenti e interazioni che prima erano impossibili da catturare in ambienti di laboratorio.

SMART-BARN è visto come un punto di svolta nel campo, con applicazioni che vanno dalla biologia all’intelligenza artificiale.

Aspetti principali:

1. SMART-BARN è l’abbreviazione di Scalable Multimodal Arena per monitorare il comportamento in tempo reale di animali in gran numero.
2. Questa tecnologia può monitorare centinaia o addirittura migliaia di animali contemporaneamente, a seconda delle loro dimensioni.
3. Il sistema multidisciplinare, sviluppato da biologi, fisici, ingegneri e informatici, è già stato applicato per studiare varie specie tra cui piccioni, storni, falene, pipistrelli e esseri umani.

fonte: Università di Costanza

I ricercatori del Centro di eccellenza per lo studio avanzato del comportamento collettivo (CASCB) e dell’Istituto Max Planck per il comportamento animale hanno trasformato un ex fienile in un laboratorio tecnologico all’avanguardia per analisi comportamentali complesse. Attraverso di esso, ora possono studiare il comportamento complesso dei gruppi di animali.

L’hangar è servito anche come prototipo per il più grande laboratorio sul comportamento degli stormi dell’Università di Costanza: l’hangar fotografico.

Una delle principali limitazioni della ricerca comportamentale è che gli scienziati possono studiare gli animali in ambienti altamente controllati, ma spesso semplificati e irrealisticamente piccoli, in laboratorio, o in condizioni ampiamente incontrollate in natura.

Ciò ha limitato la nostra capacità di studiare molti aspetti del comportamento, compreso il comportamento collettivo, cioè i movimenti e le interazioni tra animali che sono alla base delle loro complesse vite sociali. Cosa è necessario per affrontare questo problema? Innanzitutto, un posto con molto spazio. In secondo luogo, la tecnologia moderna.

Entrambi sono disponibili nel fienile del XVIII secolo presso l’Istituto Max Planck per il comportamento animale a Mogengen vicino a Costanza, e ora nell’Imaging Hangar, un’aula grande come una palestra presso l’Università di Costanza. Entrambi i laboratori vengono utilizzati per esaminare da vicino il comportamento collettivo degli animali.

Per fare questo in modo multidimensionale, i ricercatori del Centro Cluster of Excellence per lo studio avanzato del comportamento di gruppo dell’Università di Costanza e dell’Istituto Max Planck per il comportamento animale hanno sviluppato uno strumento chiamato SMART-BARN.

SMART-BARN è l’abbreviazione di Un’arena multimediale scalabile per monitorare il comportamento degli animali in tempo reale in grandi numeri.

“È un nuovo strumento che consente di studiare tratti comportamentali complessi di un individuo o interazioni tra gruppi di animali come insetti, uccelli o mammiferi”, afferma Himal Naik. In collaborazione con Matti Nagy, co-relatore del gruppo, Ian Cousin, e i suoi colleghi, hanno sviluppato SMART-BARN.

Il team era altamente interdisciplinare: biologi, fisici, ingegneri e informatici lo hanno sviluppato insieme.

Máté Nagy spiega ulteriormente lo strumento: “Utilizziamo tecniche di misurazione ad alto rendimento come il tracciamento ottico e acustico, con le quali possiamo studiare la posizione precisa e la postura degli animali in 3D e calcolare il loro campo visivo.”

Gli utenti della nuova struttura avranno la flessibilità necessaria per eseguire diversi paradigmi sperimentali sfruttando la natura modulare del sistema.

Perché le dimensioni contano?

“SMART-BARN è progettato per ampliare la gamma dei tipici esperimenti comportamentali indoor in termini di dimensioni sperimentali, tratti comportamentali misurati e dimensioni dei gruppi,”

“Ciò significa che gli utenti possono misurare repertori comportamentali mai visti prima perché gli animali hanno più spazio”, afferma l’informatico Himal Naik. La struttura, a seconda delle dimensioni degli animali, può ospitare 100 animali alla volta e amplia la possibilità di sperimentare nuove specie non tipicamente studiate in ambienti indoor.

“In effetti, ora abbiamo ampliato il sistema per lavorare con diverse migliaia di animali”, aggiunge Kozin. “Recentemente abbiamo condotto uno studio presso l’Imaging Hangar in cui abbiamo monitorato 10.000 locuste della peste. Ciò sarebbe stato impossibile senza la nostra tecnologia SMART-BARN. “

COME USARE SMART-BARN

Ad oggi, SMART-BARN è stato utilizzato in vari casi sperimentali che hanno coinvolto soggetti diversi come piccioni, storni, falene, pipistrelli e esseri umani.

Naik è entusiasta del fatto che: “La struttura sta dando vita a nuove importanti collaborazioni interdisciplinari”.

E continua: “Ad esempio, SMART-BARN offre la possibilità di tracciare lo sguardo 3D e la posizione degli uccelli in un gruppo di dieci o più preservandone l’identità. I ​​ricercatori stanno utilizzando questa tecnologia per esplorare il ruolo dello sguardo nel processo decisionale.”

Gli informatici stanno utilizzando la stessa tecnologia per progettare nuovi algoritmi di visione artificiale e basati sull’intelligenza artificiale che facilitano il tracciamento 3D degli animali senza allegare loro alcuna etichetta.

“Il nostro metodo ha portato alla creazione di un sistema più ampio presso l’hangar fotografico dell’Università di Costanza per tracciare sciami di robot o migliaia di insetti”, afferma Ian Cousin.

“In breve, il suo campo di applicazione è limitato solo dalla nostra capacità di proporre idee sperimentali”, afferma Matti Nagy.

Il team immagina la struttura come uno spazio collaborativo in cui i ricercatori di tutto il mondo possono contribuire ad esplorare questioni comportamentali. Il team invita quindi i ricercatori di tutto il mondo a contattarli e pianificare esperimenti.

Informazioni sulle novità della ricerca sulle neuroscienze comportamentali

autore: Elena Dietz
fonte: Università di Costanza
comunicazione: Helena Dietz – Università di Costanza
immagine: Immagine accreditata a Neuroscience News

Ricerca originale: Accesso libero.
“SMART-BARN: un’arena multimediale scalabile per monitorare il comportamento degli animali in tempo reale in grandi numeri“Di Matti Nagy et al. Progresso della scienza

un sommario

SMART-BARN: un’arena multimediale scalabile per monitorare il comportamento degli animali in tempo reale in grandi numeri

SMART-BARN (Scalable Multimodal Arena for Real-Time Tracking of Behavior of Animals in Large Numbers) consente un’acquisizione rapida e robusta di movimento, comportamento, comunicazione e interazioni tra animali in gruppi, all’interno di un ampio (14,7 m x 6,6 m x 3,8 m ), ambiente 3D Utilizzando più canali di informazione.

Il comportamento viene misurato simultaneamente su un’ampia gamma di taxa (insetti, uccelli, mammiferi, ecc.) e dimensioni corporee (dalle falene agli esseri umani).

Questo sistema integra più tecnologie di misurazione simultanea, tra cui precisione submillimetrica, acquisizione del movimento ad alta velocità (300 Hz), registrazione e localizzazione audio, riconoscimento automatizzato del comportamento (visione artificiale) e unità interattive remote controllate da computer (ad esempio, sistemi automatici mangiatoie e mangiatoie per animali). dispositivi mobili).

I flussi di dati sono disponibili in tempo reale, consentendo esperimenti a circuito chiuso altamente controllati e basati sul comportamento, producendo al contempo set di dati completi per l’analisi offline.

Le diverse capacità di SMART-BARN sono dimostrate attraverso tre impegnativi casi di studio aviari, evidenziandone l’ampia applicabilità all’analisi dettagliata del comportamento animale collettivo tra le specie.