Revolucionando os estudos de comportamento animal usando as tecnologias mais recentes

resumo: Ela revelou o SMART-BARN, uma instalação de última geração para estudar o comportamento coletivo dos animais.

Instalada em um celeiro do século 18 e em um celeiro fotográfico do tamanho de um ginásio, a instalação usa técnicas de alto rendimento, como rastreamento óptico e de áudio, para monitorar animais em 3D. Isso permite que os pesquisadores estudem comportamentos e interações que antes eram impossíveis de capturar em laboratório.

O SMART-BARN é visto como um divisor de águas na área, com aplicações que vão da biologia à inteligência artificial.

Principais fatos:

1. SMART-BARN é a abreviatura de Scalable Multimodal Arena para rastrear o comportamento em tempo real de grandes números de animais.
2. Esta tecnologia pode monitorar centenas, ou até milhares, de animais simultaneamente, dependendo do seu tamanho.
3. O sistema multidisciplinar, desenvolvido por biólogos, físicos, engenheiros e cientistas da computação, já foi aplicado para estudar diversas espécies, incluindo pombos, estorninhos, mariposas, morcegos e humanos.

fonte: Universidade de Constança

Pesquisadores do Centro de Excelência para Estudos Avançados de Comportamento Coletivo (CASCB) e do Instituto Max Planck de Comportamento Animal converteram um antigo celeiro em um laboratório tecnológico de ponta para análises comportamentais complexas. Através dele, eles agora podem estudar o comportamento complexo de grupos de animais.

O hangar também serviu de protótipo para o maior laboratório de comportamento de bandos da Universidade de Konstanz: o hangar fotográfico.

Uma grande limitação da investigação comportamental é que os cientistas podem estudar animais em ambientes altamente controlados, mas muitas vezes simplificados e irrealisticamente pequenos, no laboratório, ou sob condições largamente descontroladas na natureza.

Isto limitou a nossa capacidade de estudar muitos aspectos do comportamento, incluindo o comportamento colectivo, isto é, os movimentos e interacções entre animais que estão na base das suas vidas sociais complexas. O que é necessário para resolver isso? Primeiro, um local com bastante espaço. Em segundo lugar, tecnologia moderna.

Ambos estão disponíveis no celeiro do século XVIII do Instituto Max Planck de Comportamento Animal em Mogengen, perto de Constança, e agora no Imaging Hangar, um salão do tamanho de um ginásio da Universidade de Constança. Ambos os laboratórios são usados ​​para examinar de perto o comportamento coletivo dos animais.

Para fazer isso de forma multidimensional, pesquisadores do Centro de Excelência para o Estudo Avançado de Comportamento de Grupo da Universidade de Konstanz e do Instituto Max Planck de Comportamento Animal desenvolveram uma ferramenta chamada SMART-BARN.

SMART-BARN é uma abreviatura de Uma arena multimídia escalável para rastrear o comportamento animal em tempo real em grande número.

“É uma nova ferramenta que permite estudar características comportamentais complexas de um indivíduo ou interações entre grupos de animais como insetos, pássaros ou mamíferos”, afirma Himal Naik. Em colaboração com Matti Nagy, o co-palestrante do grupo, Ian Cousin, e seus colegas, eles desenvolveram o SMART-BARN.

A equipe era altamente interdisciplinar: biólogos, físicos, engenheiros e cientistas da computação desenvolveram-na juntos.

Máté Nagy explica melhor a ferramenta: “Usamos técnicas de medição de alto rendimento, como rastreamento óptico e acústico, com as quais podemos estudar a localização e postura precisas dos animais em 3D e calcular seu campo de visão”.

Os usuários das novas instalações terão flexibilidade para realizar diferentes paradigmas experimentais, aproveitando a natureza modular do sistema.

Por que o tamanho importa?

“O SMART-BARN foi projetado para aprimorar a gama de experimentos comportamentais típicos em ambientes fechados em termos de tamanho experimental, características de comportamento medidas e tamanhos de grupo”,

“Isso significa que os usuários podem medir repertórios comportamentais nunca antes vistos porque os animais têm mais espaço”, diz o cientista da computação Himal Naik. A instalação – dependendo do tamanho dos animais – pode hospedar 100 animais por vez e amplia a possibilidade de experimentação de novas espécies que normalmente não são estudadas em ambientes fechados.

“Na verdade, agora ampliamos isso para trabalhar com vários milhares de animais”, acrescenta Kozin. “Recentemente, conduzimos um estudo no Imaging Hangar, onde rastreamos 10.000 gafanhotos pestilentos. Isso teria sido impossível sem a nossa tecnologia SMART-BARN. ”

COMO USAR O SMART-BARN

Até o momento, o SMART-BARN tem sido usado em vários casos experimentais envolvendo assuntos tão diversos como pombos, estorninhos, mariposas, morcegos e humanos.

Naik está entusiasmado com o seguinte: “A instalação está criando novas e importantes colaborações interdisciplinares”.

Ele continua: “Por exemplo, o SMART-BARN oferece a capacidade de rastrear o olhar 3D e a posição dos pássaros em um grupo de dez ou mais, preservando sua identidade. Os pesquisadores estão usando esta tecnologia para explorar o papel do olhar na tomada de decisões.”

Os cientistas da computação estão usando a mesma tecnologia para projetar novos algoritmos de visão computacional e baseados em IA que facilitam o rastreamento 3D de animais sem anexar nenhuma etiqueta a eles.

“Nosso método levou à criação de um sistema maior no hangar fotográfico da Universidade de Konstanz para rastrear enxames de robôs ou milhares de insetos”, diz Ian Cousin.

“Resumindo, a sua gama de aplicações é limitada apenas pela nossa capacidade de apresentar ideias experimentais”, diz Matti Nagy.

A equipe vê a instalação como um espaço colaborativo onde pesquisadores de todo o mundo podem contribuir para explorar questões comportamentais. A equipe convida, portanto, pesquisadores de todo o mundo a contatá-los e planejar experimentos.

Sobre notícias de pesquisa em neurociência comportamental

autor: Helena Dietz
fonte: Universidade de Constança
comunicação: Helena Dietz – Universidade de Constança
foto: Imagem creditada ao Neuroscience News

Pesquisa original: Acesso livre.
“SMART-BARN: Uma arena multimídia escalável para rastrear o comportamento animal em tempo real em grandes números“Por Matti Nagy et al. Avanço da ciência

um resumo

SMART-BARN: Uma arena multimídia escalável para rastrear o comportamento animal em tempo real em grandes números

SMART-BARN (Arena Multimodal Escalável para Rastreamento em Tempo Real do Comportamento de Animais em Grandes Números) alcança aquisição rápida e robusta de movimento, comportamento, comunicação e interações entre animais em grupos, dentro de um grande espaço (14,7 m por 6,6 m por 3,8 m). ), ambiente 3D usando vários canais de informação.

O comportamento é medido em uma ampla gama de táxons (insetos, pássaros, mamíferos, etc.) e tamanho corporal (de mariposas a humanos) simultaneamente.

Este sistema integra múltiplas tecnologias de medição simultânea, incluindo precisão submilimétrica, captura de movimento em alta velocidade (300 Hz), gravação e localização de áudio, reconhecimento automatizado de comportamento (visão computacional) e unidades interativas remotas controladas por computador (por exemplo, automático comedouros e comedouros para animais). dispositivos móveis).

Os fluxos de dados estão disponíveis em tempo real, permitindo experimentos de circuito fechado altamente controlados e baseados em comportamento, ao mesmo tempo que produzem conjuntos de dados abrangentes para análise offline.

As diversas capacidades do SMART-BARN são demonstradas através de três estudos de caso desafiadores de aves, destacando sua ampla aplicabilidade à análise refinada do comportamento animal coletivo entre espécies.