Een revolutie teweegbrengen in onderzoek naar diergedrag met behulp van de nieuwste technologieën

samenvatting: Ze onthulde SMART-BARN, een ultramoderne faciliteit voor het bestuderen van het collectieve gedrag van dieren.

De faciliteit is gehuisvest in een 18e-eeuwse schuur en een fotografieschuur ter grootte van een gymzaal en maakt gebruik van high-throughput-technieken zoals optische en audio-tracking om dieren in 3D te volgen. Hierdoor kunnen onderzoekers gedrag en interacties bestuderen die voorheen onmogelijk vast te leggen waren in laboratoriumomgevingen.

SMART-BARN wordt gezien als een game-changer in het veld, met toepassingen variërend van biologie tot kunstmatige intelligentie.

Belangrijkste feiten:

1. SMART-BARN staat voor Scalable Multimodal Arena voor het realtime volgen van het gedrag van dieren in grote aantallen.
2. Deze technologie kan honderden of zelfs duizenden dieren tegelijkertijd monitoren, afhankelijk van hun grootte.
3. Het multidisciplinaire systeem, ontwikkeld door biologen, natuurkundigen, ingenieurs en computerwetenschappers, is al toegepast om verschillende soorten te bestuderen, waaronder duiven, spreeuwen, motten, vleermuizen en mensen.

bron: Universiteit van Konstanz

Onderzoekers van het Centre of Excellence for the Advanced Study of Collective Behavior (CASCB) en het Max Planck Institute for Animal Behavior hebben een voormalige schuur omgebouwd tot een geavanceerd technologisch laboratorium voor complexe gedragsanalyse. Hiermee kunnen ze nu het complexe gedrag van diergroepen bestuderen.

De hangar diende ook als prototype voor het grootste laboratorium voor koppelgedrag aan de Universiteit van Konstanz: de fotografiehangar.

Een belangrijke beperking van gedragsonderzoek is dat wetenschappers dieren kunnen bestuderen onder sterk gecontroleerde, maar vaak vereenvoudigde en onrealistisch kleine omgevingen in het laboratorium, of onder grotendeels ongecontroleerde omstandigheden in het wild.

Dit heeft ons vermogen beperkt om veel aspecten van gedrag te bestuderen, inclusief collectief gedrag, dat wil zeggen de bewegingen en interacties tussen dieren die ten grondslag liggen aan hun complexe sociale leven. Wat is er nodig om dit aan te pakken? Ten eerste een plek met veel ruimte. Ten tweede, moderne technologie.

Beide zijn beschikbaar in de 18e-eeuwse schuur van het Max Planck Instituut voor Dierengedrag in Mogengen bij Konstanz, en nu in de Imaging Hangar, een zaal ter grootte van een gymzaal aan de Universiteit van Konstanz. In beide laboratoria wordt het collectieve gedrag van dieren nauwkeurig onderzocht.

Om dit op een multidimensionale manier te doen, hebben onderzoekers van het Cluster of Excellence Center for the Advanced Study of Group Behavior aan de Universiteit van Konstanz en het Max Planck Institute for Animal Behavior een tool ontwikkeld met de naam SMART-BARN.

SMART-BARN is een afkorting voor Een schaalbare multimedia-arena voor het realtime volgen van diergedrag in grote aantallen.

“Het is een nieuw hulpmiddel waarmee complexe gedragskenmerken van een individu of interacties tussen groepen dieren zoals insecten, vogels of zoogdieren kunnen worden bestudeerd”, zegt Himal Naik. In samenwerking met Matti Nagy, de co-spreker van de groep, Ian Cousin, en zijn collega’s, ontwikkelden ze SMART-BARN.

Het team was zeer interdisciplinair: biologen, natuurkundigen, ingenieurs en computerwetenschappers ontwikkelden het samen.

Máté Nagy legt de tool verder uit: “We maken gebruik van high-throughput meettechnieken zoals optische en akoestische tracking, waarmee we de precieze locatie en houding van de dieren in 3D kunnen bestuderen en hun gezichtsveld kunnen berekenen.”

Gebruikers van de nieuwe faciliteit zullen de flexibiliteit hebben om verschillende experimentele paradigma’s uit te voeren door te profiteren van het modulaire karakter van het systeem.

Waarom is grootte belangrijk?

“SMART-BARN is ontworpen om het bereik van typische gedragsexperimenten binnenshuis te vergroten in termen van experimentele omvang, gemeten gedragskenmerken en groepsgroottes,”

“Dit betekent dat gebruikers voorheen onzichtbare gedragsrepertoires kunnen meten omdat dieren meer ruimte hebben”, zegt computerwetenschapper Himal Naik. De faciliteit kan – afhankelijk van de grootte van de dieren – 100 dieren tegelijk huisvesten en vergroot de mogelijkheid om te experimenteren met nieuwe soorten die doorgaans niet in binnenomgevingen worden bestudeerd.

“In feite hebben we dit nu opgeschaald om met enkele duizenden dieren te kunnen werken”, voegt Kozin toe. “We hebben onlangs een onderzoek uitgevoerd in de Imaging Hangar, waar we 10.000 pestsprinkhanen hebben gevolgd. Dit zou onmogelijk zijn geweest zonder onze SMART-BARN-technologie. ”

HOE SMART-BARN TE GEBRUIKEN

Tot nu toe is SMART-BARN gebruikt in verschillende experimentele gebruiksscenario’s waarbij onderwerpen zo divers waren als duiven, spreeuwen, motten, vleermuizen en mensen.

Naik is enthousiast: “De faciliteit smeedt belangrijke nieuwe interdisciplinaire samenwerkingen.”

Hij vervolgt: “SMART-BARN biedt bijvoorbeeld de mogelijkheid om de 3D-blik en positie van vogels in een groep van tien of meer te volgen, terwijl hun identiteit behouden blijft. Onderzoekers gebruiken deze technologie om de rol van blik in de besluitvorming te onderzoeken.”

Computerwetenschappers gebruiken dezelfde technologie om nieuwe computervisie en op AI gebaseerde algoritmen te ontwerpen die het 3D volgen van dieren mogelijk maken zonder er tags aan te koppelen.

“Onze methode heeft geleid tot de creatie van een groter systeem in de fotografiehangar van de Universiteit van Konstanz om zwermen robots of duizenden insecten te volgen”, zegt Ian Cousin.

“Kortom: het toepassingsgebied wordt alleen beperkt door ons vermogen om met experimentele ideeën te komen”, zegt Matti Nagy.

Het team ziet de faciliteit als een samenwerkingsruimte waar onderzoekers van over de hele wereld kunnen bijdragen aan het onderzoeken van gedragsvragen. Het team nodigt daarom onderzoekers over de hele wereld uit om contact met hen op te nemen en experimenten te plannen.

Over gedragsneurowetenschappelijk onderzoeksnieuws

auteur: Helena Dietz
bron: Universiteit van Konstanz
communicatie: Helena Dietz – Universiteit van Konstanz
afbeelding: Afbeelding toegeschreven aan Neuroscience News

Originele zoekopdracht: Vrije toegang.
“SMART-BARN: Een schaalbare multimedia-arena voor het realtime volgen van diergedrag in grote aantallen“Door Matti Nagy et al. Vooruitgang van de wetenschap

een samenvatting

SMART-BARN: Een schaalbare multimedia-arena voor het realtime volgen van diergedrag in grote aantallen

SMART-BARN (Scalable Multimodal Arena for Real-Time Tracking of Behavior of Animals in Large Numbers) realiseert een snelle en robuuste acquisitie van beweging, gedrag, communicatie en interacties tussen dieren in groepen, binnen een grote (14,7 m bij 6,6 m bij 3,8 m ), 3D-omgeving Meerdere informatiekanalen gebruiken.

Gedrag wordt gelijktijdig gemeten over een breed scala aan taxa (insecten, vogels, zoogdieren, enz.) en lichaamsgrootte (van motten tot mensen).

Dit systeem integreert meerdere gelijktijdige meettechnologieën, waaronder submillimeternauwkeurigheid, snelle bewegingsregistratie (300 Hz), audio-opname en lokalisatie, geautomatiseerde gedragsherkenning (computer vision) en op afstand computergestuurde interactieve eenheden (bijvoorbeeld automatische voeders en dierenvoeders). mobiele toestellen).

Gegevensstromen zijn in realtime beschikbaar, waardoor zeer gecontroleerde, op gedrag gebaseerde experimenten met gesloten lus mogelijk zijn, terwijl uitgebreide datasets voor offline analyse worden geproduceerd.

De uiteenlopende mogelijkheden van SMART-BARN worden gedemonstreerd aan de hand van drie uitdagende casestudies van vogels, waarbij de brede toepasbaarheid ervan op de fijnkorrelige analyse van collectief diergedrag tussen soorten wordt benadrukt.