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

samenvatting: Onthulling SMART-BARN, een ultramoderne faciliteit voor de studie van collectief diergedrag.

Deze tool is gehuisvest in een 18e-eeuwse schuur en fotografieschuur ter grootte van een gymzaal en maakt gebruik van high-throughput-technologieën zoals visuele 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 is een acroniem voor Scalable Multimodal Arena voor het real-time volgen van diergedrag in grote aantallen.
2. Deze technologie kan honderden of zelfs duizenden dieren tegelijk monitoren, afhankelijk van hun grootte.
3. Het systeem is interdisciplinair, ontwikkeld door biologen, natuurkundigen, ingenieurs en computerwetenschappers, en is al toegepast om verschillende soorten te bestuderen, waaronder duiven, spreeuwen, motten, vleermuizen en mensen.

bron: Konstanz Universiteit

Onderzoekers van de Centre for Excellence Group for the Advanced Study of Collective Behavior (CASCB) en het Max Planck Institute for Animal Behavior hebben een voormalige schuur omgebouwd tot een hightech 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 zwermgedrag aan de Universiteit van Konstanz: de fotografiehangar.

Een belangrijke beperking van gedragsonderzoek is dat wetenschappers dieren kunnen bestuderen onder sterk gecontroleerde, maar vaak onrealistisch vereenvoudigde en 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 een 18e-eeuwse schuur van het Max Planck Instituut voor Dierengedrag in Mugengen, nabij Konstanz, en nu in de Imaging Hangar, een zaal ter grootte van een gymzaal aan de Universiteit van Konstanz. Beide laboratoria worden gebruikt om het collectieve gedrag van dieren nauwkeurig te onderzoeken.

Om dit op een multidimensionale manier te doen, ontwikkelden 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 genaamd SMART-BARN.

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

“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, medespreker van de groep, Ian Kosin, en 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 visuele en akoestische tracking, waarmee we de exacte locatie en houding van dieren in 3D kunnen bestuderen en hun gezichtsveld kunnen berekenen.”

Gebruikers van de nieuwe faciliteit zullen de flexibiliteit hebben om verschillende experimentele modellen 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 onzichtbaar gedragsrepertoire kunnen meten omdat dieren meer ruimte hebben”, zegt computerwetenschapper Himal Naik. Afhankelijk van de grootte van de dieren kan de faciliteit 100 dieren tegelijk huisvesten en de mogelijkheid uitbreiden om te experimenteren met nieuwe soorten die normaal gesproken niet in binnenomgevingen worden bestudeerd.

“We hebben dit nu zelfs opgeschaald om met enkele duizenden dieren te kunnen werken”, voegt Cozen toe. “We hebben onlangs een onderzoek gedaan in de Imaging Hangar, waar we 10.000 sprinkhanen 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 blij omdat: “De faciliteit belangrijke nieuwe multidisciplinaire samenwerkingen vormt.”

Hij vervolgt: “SMART-BARN biedt bijvoorbeeld de mogelijkheid om de 3D-blik en houding 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 een groter systeem in de beeldschuur van de Universiteit van Konstanz om zwermen robots of duizenden insecten te volgen”, zegt Ian Kosin.

“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. Daarom nodigt het team onderzoekers over de hele wereld uit om met hen in contact te komen en experimenten te plannen.

Over gedragsneurowetenschappelijk onderzoeksnieuws

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

Originele zoekopdracht: vrije toegang.
“SMART-BARN: Een schaalbare multimedia-arena voor het in realtime en in grote aantallen volgen van diergedragDoor Matti Nagy et al. De wetenschap gaat vooruit

een samenvatting

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

SMART-BARN (Scalable Multimodal Arena for Real-time Mass Animal Behavior Tracking) realiseert 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. gebruik van meerdere informatiekanalen.

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

Dit systeem integreert meerdere, gelijktijdige meettechnologieën, waaronder submillimeternauwkeurigheid, snelle bewegingsregistratie (300 Hz), stemopname en positionering, automatische gedragsherkenning (computervisie) en computergestuurde interactieve modules op afstand (op bijvoorbeeld voerautomaten en diervoeders). mobiele toestellen).

Datastromen zijn in realtime beschikbaar, waardoor zeer gecontroleerde, gedragsgestuurde closed-loop-experimenten mogelijk zijn, terwijl uitgebreide datasets voor offline analyse worden geproduceerd.

De uiteenlopende capaciteiten van SMART-BARN worden gedemonstreerd door drie uitdagende casestudies van vogels, die de brede toepasbaarheid ervan benadrukken op de rigoureuze analyse van collectief diergedrag over verschillende soorten heen.