ثورة في دراسات سلوك الحيوان باستخدام التكنولوجيا المتطورة

ملخص: تكشف SMART-BARN عن أحدث المرافق لدراسة السلوك الجماعي في الحيوانات.

يقع هذا الجهاز في حظيرة من القرن الثامن عشر وحظيرة تصوير بحجم صالة للألعاب الرياضية، ويستخدم تقنيات عالية الأداء مثل التتبع البصري والصوتي لتتبع الحيوانات بشكل ثلاثي الأبعاد. يتيح ذلك للباحثين دراسة السلوكيات والتفاعلات التي لم يكن من الممكن التقاطها في السابق في البيئات المختبرية.

يُنظر إلى SMART-BARN على أنه يغير قواعد اللعبة في هذا المجال من خلال تطبيقات تتراوح من علم الأحياء إلى الذكاء الاصطناعي.

مفتاح الحقائق:

1. يمثل SMART-BARN ساحة متعددة الوسائط قابلة للتطوير لسلوك المراقبة في الوقت الفعلي لأعداد كبيرة من الحيوانات.
2. ويمكن لهذه التقنية أن تتعقب مئات أو آلاف الحيوانات في وقت واحد، حسب حجمها.
3. وقد تم بالفعل استخدام النظام متعدد التخصصات، الذي طوره علماء الأحياء والفيزيائيون والمهندسون وعلماء الكمبيوتر، لدراسة مجموعة متنوعة من الأنواع بما في ذلك الحمام والزرزور والعث والخفافيش والبشر.

مصدر: جامعة كونستانز

قام باحثون من مركز مجموعة التميز للدراسة المتقدمة للسلوك الجماعي (CASCP) ومعهد ماكس بلانك لسلوك الحيوان بتحويل مستودع سابق إلى مختبر تكنولوجي حديث للتحليل السلوكي المعقد. وفيه يمكنهم الآن دراسة السلوك المعقد للمجموعات الحيوانية.

كان المستودع أيضًا بمثابة نموذج أولي لأكبر مختبر لسلوك السرب في جامعة كونستانز: حظيرة التصوير.

يتمثل أحد القيود الرئيسية في الأبحاث السلوكية في أن العلماء يمكنهم دراسة الحيوانات في مواقف مختبرية شديدة التحكم، ولكن غالبًا ما تكون مبسطة بشكل غير واقعي وصغيرة، أو في كثير من الأحيان غير خاضعة للرقابة.

وقد حد هذا من قدرتنا على دراسة العديد من جوانب السلوك، بما في ذلك السلوك الجماعي، أي حركات الحيوانات وتفاعلاتها التي تكمن وراء حياتها الاجتماعية المعقدة. ما هو المطلوب لمعالجة هذا؟ أولاً، مكان به مساحة كبيرة. ثانيا، التكنولوجيا المتقدمة.

كلاهما متاح في سقيفة تعود إلى القرن الثامن عشر في معهد ماكس بلانك لسلوك الحيوان في موشينغن بالقرب من كونستانز، والآن في حظيرة التصوير، بحجم صالة للألعاب الرياضية في جامعة كونستانز. يتم استخدام كلا المختبرين لدراسة السلوك الجماعي للحيوانات عن كثب.

للقيام بذلك بطريقة متعددة الأبعاد، قام باحثون من مركز Cluster of Excellence للدراسات المتقدمة للسلوك الجماعي في جامعة كونستانز ومعهد ماكس بلانك لسلوك الحيوان بتطوير أداة تسمى SMART-BARN.

لتقف على SMART-BARN ساحة متعددة الوسائط قابلة للتطوير لسلوك المراقبة في الوقت الفعلي لأعداد كبيرة من الحيوانات.

يقول هامل نايك: “هذه أداة جديدة تسمح لنا بدراسة السمات السلوكية المعقدة للفرد أو التفاعلات بين مجموعات من الحيوانات مثل الحشرات أو الطيور أو الثدييات”. بالتعاون مع ماتي ناجي، المتحدث المشارك في المجموعة، قام إيان كوزين وزملاؤه بتطوير SMART-BARN.

كان الفريق متعدد التخصصات إلى حد كبير: فقد عمل علماء الأحياء والفيزيائيون والمهندسون وعلماء الكمبيوتر معًا لإنشائه.

يشرح Máté Nagy الأداة أيضًا: “نحن نستخدم تقنيات قياس عالية الأداء مثل التتبع البصري والصوتي حتى نتمكن من قراءة الموقع الدقيق ووضعية الحيوانات ثلاثية الأبعاد وحساب رؤيتهم”.

وسيكتسب مستخدمو المنشأة الجديدة المرونة اللازمة لأداء نماذج اختبار مختلفة من خلال الاستفادة من الطبيعة المعيارية للنظام.

لماذا يهم الحجم

“تم تصميم SMART-BARN لتحسين نطاق الاختبارات السلوكية الداخلية التقليدية من حيث حجم الاختبار والخصائص السلوكية المقاسة وأحجام المجموعات.”

ويضيف عالم الكمبيوتر هامل نايك: “نظرًا لأن الحيوانات لديها مساحة أكبر، يمكن للمستخدمين قياس المهارات السلوكية التي لم يسبق لها مثيل”. يمكن لهذه المنشأة – اعتمادًا على حجم الحيوانات – أن تستضيف ما يصل إلى 100 حيوان في المرة الواحدة، ويمكنها توسيع إمكانية إجراء التجارب على أنواع جديدة لم تتم دراستها في بيئة داخلية.

“في الواقع، قمنا الآن بتوسيع نطاق هذا البرنامج للعمل مع عدة آلاف من الحيوانات”، ويضيف كازين، “لقد أجرينا مؤخرًا دراسة في حظيرة التصوير حيث قمنا بتتبع 10000 من الجراد الطاعون. وكان هذا مستحيلًا بدون تقنية SMART- تقنية بارن.

كيفية استخدام سمارت بارن

حتى الآن، تم استخدام SMART-BARN في مجموعة متنوعة من حالات الاستخدام التجريبي التي تشمل مجموعة متنوعة من المواضيع مثل الحمام والزرزور والعث والخفافيش والبشر.

نايك متحمس لأن “هذه المنشأة تخلق تعاونًا مهمًا جديدًا متعدد التخصصات”.

ويتابع: “على سبيل المثال، يوفر SMART-BARN القدرة على تتبع الرؤية ثلاثية الأبعاد ووضعية الطيور في مجموعات مكونة من عشرة أفراد أو أكثر. يستخدم الباحثون هذه التقنية لدراسة دور الرؤية في اتخاذ القرار.

ويستخدم علماء الكمبيوتر أيضًا نفس التقنية لتصميم رؤية حاسوبية جديدة وخوارزميات قائمة على الذكاء الاصطناعي تسهل التتبع ثلاثي الأبعاد للحيوانات دون إرفاق أي علامات.

يقول إيان كوزين: “لقد طورت طريقتنا نظامًا أكبر لتتبع الروبوتات أو أسراب الآلاف من الحشرات في حظيرة التصوير بجامعة كونستانز”.

يقول ماتي ناجي: “باختصار، نطاق تطبيقاته محدود فقط بقدرتنا على التوصل إلى أفكار تجريبية”.

يتصور الفريق المنشأة كمساحة تعاونية حيث يمكن للباحثين من جميع أنحاء العالم المساهمة في استكشاف الأسئلة السلوكية. ولذلك يدعو الفريق الباحثين من جميع أنحاء العالم للتواصل معهم والتخطيط للتجارب.

هذا يتعلق بأخبار أبحاث علم الأعصاب السلوكي

مؤلف: هيلينا ديتز
مصدر: جامعة كونستانز
اتصال: هيلينا ديتز – جامعة كونستانز
صورة: يُنسب الفيلم إلى Neuronews

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“Smart-Born: ساحة متعددة الوسائط قابلة للتطوير لمراقبة سلوك أعداد كبيرة من الحيوانات في الوقت الفعلي“مات ناجي وآخرون. التقدم العلمي

ملخص

Smart-Born: ساحة متعددة الوسائط قابلة للتطوير لمراقبة سلوك أعداد كبيرة من الحيوانات في الوقت الفعلي

SMART-BARN (ساحة متعددة الوسائط قابلة للتطوير لرصد سلوك الحيوانات بأعداد كبيرة في الوقت الفعلي) عبارة عن ساحة كبيرة (14.7 مترًا في 6.6 مترًا و3.8 في 3.8 مترًا، واكتسابًا سريعًا وقويًا للحركة والسلوك والتواصل والتفاعلات بين الحيوانات في مجموعات. متر)، بيئة ثلاثية الأبعاد باستخدام قنوات معلومات متعددة.

يتم قياس السلوك في وقت واحد عبر مجموعة واسعة من الأصناف (الحشرات والطيور والثدييات وغيرها) وحجم الجسم (من العث إلى البشر).

يتيح النظام تقنيات قياس متعددة ومتزامنة، بما في ذلك دقة دون المليمتر والتقاط الحركة عالية السرعة (300 هرتز)، والتسجيل الصوتي وتحديد الموقع، والتعرف الآلي على السلوك (رؤية الكمبيوتر)، والوحدات التفاعلية التي يتم التحكم فيها عن بعد بواسطة الكمبيوتر (مثل المغذيات والحيوانات الآلية) ).يدمج.الأجهزة الحاملة).

تسمح تدفقات البيانات بإجراء تجارب حلقة مغلقة يتم التحكم فيها بدرجة عالية وسلوكية في الوقت الفعلي، مع إنشاء مجموعات بيانات مفصلة للتحليل دون الاتصال بالإنترنت.

يتم إظهار القدرات المتنوعة لـ SMART-BARN من خلال ثلاث دراسات حالة للطيور تتسم بالتحدي، مع تسليط الضوء على إمكانية تطبيقها على نطاق واسع على التحليل الدقيق للسلوك الحيواني الجماعي عبر الأنواع.