Revolutionierung von Tierverhaltensstudien mit den neuesten Technologien

Zusammenfassung: Sie stellte SMART-BARN vor, eine hochmoderne Einrichtung zur Untersuchung des kollektiven Verhaltens von Tieren.

Die Anlage ist in einer Scheune aus dem 18. Jahrhundert und einer Fotoscheune in Turnhallengröße untergebracht und nutzt Hochdurchsatztechniken wie optische und akustische Verfolgung, um Tiere in 3D zu überwachen. Dies ermöglicht es Forschern, Verhaltensweisen und Interaktionen zu untersuchen, die bisher in Laborumgebungen nicht erfasst werden konnten.

SMART-BARN gilt als bahnbrechend auf diesem Gebiet, mit Anwendungen, die von der Biologie bis zur künstlichen Intelligenz reichen.

Wichtige Fakten:

1. SMART-BARN ist die Abkürzung für Scalable Multimodal Arena zur Verfolgung des Echtzeitverhaltens von Tieren in großer Zahl.
2. Mit dieser Technologie können je nach Größe Hunderte oder sogar Tausende Tiere gleichzeitig überwacht werden.
3. Das von Biologen, Physikern, Ingenieuren und Informatikern entwickelte multidisziplinäre System wurde bereits zur Untersuchung verschiedener Arten eingesetzt, darunter Tauben, Stare, Motten, Fledermäuse und Menschen.

Quelle: Universität Konstanz

Forscher des Centre of Excellence for the Advanced Study of Collective Behavior (CASCB) und des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie haben eine ehemalige Scheune in ein hochmodernes Technologielabor für komplexe Verhaltensanalysen umgewandelt. Dadurch können sie nun das komplexe Verhalten von Tiergruppen untersuchen.

Der Hangar diente auch als Prototyp für das größte Herdenverhaltenslabor der Universität Konstanz: den Fotohangar.

Eine große Einschränkung der Verhaltensforschung besteht darin, dass Wissenschaftler Tiere entweder unter stark kontrollierten, aber oft vereinfachten und unrealistisch kleinen Umgebungen im Labor oder unter weitgehend unkontrollierten Bedingungen in der Wildnis untersuchen können.

Dies hat unsere Fähigkeit eingeschränkt, viele Aspekte des Verhaltens zu untersuchen, einschließlich des kollektiven Verhaltens, also der Bewegungen und Interaktionen zwischen Tieren, die ihrem komplexen sozialen Leben zugrunde liegen. Was ist erforderlich, um dieses Problem anzugehen? Erstens ein Ort mit viel Platz. Zweitens moderne Technologie.

Beide sind in der Scheune aus dem 18. Jahrhundert am Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie in Mogengen bei Konstanz und heute im Imaging Hangar, einer turnhallengroßen Halle der Universität Konstanz, erhältlich. In beiden Laboren wird das kollektive Verhalten der Tiere genau untersucht.

Um dies auf multidimensionale Weise zu tun, haben Forscher des Exzellenzclusters Centre for the Advanced Study of Group Behavior der Universität Konstanz und des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie ein Tool namens SMART-BARN entwickelt.

SMART-BARN ist eine Abkürzung für Eine skalierbare Multimedia-Arena zur Verfolgung des Verhaltens von Tieren in großer Zahl in Echtzeit.

„Es handelt sich um ein neues Tool, mit dem komplexe Verhaltensmerkmale eines Individuums oder Interaktionen zwischen Tiergruppen wie Insekten, Vögeln oder Säugetieren untersucht werden können“, sagt Himal Naik. In Zusammenarbeit mit Matti Nagy, dem Co-Sprecher der Gruppe, Ian Cousin, und seinen Kollegen entwickelten sie SMART-BARN.

Das Team war stark interdisziplinär: Biologen, Physiker, Ingenieure und Informatiker haben es gemeinsam entwickelt.

Máté Nagy erklärt das Tool weiter: „Wir nutzen Hochdurchsatz-Messtechniken wie optisches und akustisches Tracking, mit denen wir den genauen Standort und die Haltung der Tiere in 3D untersuchen und ihr Sichtfeld berechnen können.“

Benutzer der neuen Anlage werden die Flexibilität haben, verschiedene experimentelle Paradigmen durchzuführen, indem sie den modularen Charakter des Systems nutzen.

Warum ist die Größe wichtig?

„SMART-BARN wurde entwickelt, um das Spektrum typischer Verhaltensexperimente in Innenräumen hinsichtlich der Versuchsgröße, der gemessenen Verhaltensmerkmale und der Gruppengröße zu erweitern.“

„Das bedeutet, dass Nutzer bisher nicht dagewesene Verhaltensrepertoires messen können, weil Tiere mehr Platz haben“, sagt Informatiker Himal Naik. Die Anlage kann – abhängig von der Größe der Tiere – 100 Tiere gleichzeitig beherbergen und erweitert die Möglichkeit, mit neuen Arten zu experimentieren, die normalerweise nicht in Innenräumen untersucht werden.

„Tatsächlich haben wir dies jetzt auf die Arbeit mit mehreren tausend Tieren ausgeweitet“, fügt Kozin hinzu. „Wir haben kürzlich im Imaging Hangar eine Studie durchgeführt, bei der wir 10.000 Plageheuschrecken verfolgt haben. Ohne unsere SMART-BARN-Technologie wäre dies unmöglich gewesen.“ ”

SO VERWENDEN SIE SMART-BARN

Bisher wurde SMART-BARN in verschiedenen experimentellen Anwendungsfällen mit so unterschiedlichen Probanden wie Tauben, Staren, Motten, Fledermäusen und Menschen eingesetzt.

Naik freut sich: „Die Einrichtung schmiedet wichtige neue interdisziplinäre Kooperationen.“

Er fährt fort: „SMART-BARN bietet beispielsweise die Möglichkeit, den 3D-Blick und die Position von Vögeln in einer Gruppe von zehn oder mehr Vögeln zu verfolgen und gleichzeitig ihre Identität zu bewahren. Forscher nutzen diese Technologie, um die Rolle des Blicks bei der Entscheidungsfindung zu untersuchen.“

Informatiker verwenden dieselbe Technologie, um neue Computer Vision- und KI-basierte Algorithmen zu entwickeln, die die 3D-Verfolgung von Tieren ermöglichen, ohne sie mit Tags zu versehen.

„Unsere Methode hat zur Schaffung eines größeren Systems im Fotohangar der Universität Konstanz geführt, um Roboterschwärme oder Tausende von Insekten zu verfolgen“, sagt Ian Cousin.

„Kurz gesagt, sein Einsatzspektrum wird nur durch unsere Fähigkeit, experimentelle Ideen zu entwickeln, begrenzt“, sagt Matti Nagy.

Das Team stellt sich die Einrichtung als einen kollaborativen Raum vor, in dem Forscher aus der ganzen Welt zur Erforschung von Verhaltensfragen beitragen können. Das Team lädt daher Forscher auf der ganzen Welt ein, mit ihnen Kontakt aufzunehmen und Experimente zu planen.

Über Neuigkeiten aus der verhaltensneurowissenschaftlichen Forschung

Autor: Helena Dietz
Quelle: Universität Konstanz
Kommunikation: Helena Dietz – Universität Konstanz
Bild: Bildquelle: Neuroscience News

Ursprüngliche Suche: Offener Zugang.
„SMART-BARN: Eine skalierbare Multimedia-Arena zur Echtzeitverfolgung des Verhaltens von Tieren in großer Zahl„Von Matti Nagy et al. Fortschritt der Wissenschaft

eine Zusammenfassung

SMART-BARN: Eine skalierbare Multimedia-Arena zur Echtzeitverfolgung des Verhaltens von Tieren in großer Zahl

SMART-BARN (Scalable Multimodal Arena for Real-Time Tracking of Behavior of Animals in Large Numbers) ermöglicht eine schnelle und robuste Erfassung von Bewegung, Verhalten, Kommunikation und Interaktionen zwischen Tieren in Gruppen auf einem großen Gelände (14,7 m x 6,6 m x 3,8 m). ), 3D-Umgebung Verwendung mehrerer Informationskanäle.

Das Verhalten wird für ein breites Spektrum an Taxa (Insekten, Vögel, Säugetiere usw.) und Körpergrößen (von Motten bis hin zu Menschen) gleichzeitig gemessen.

Dieses System integriert mehrere simultane Messtechnologien, darunter Genauigkeit im Submillimeterbereich, Hochgeschwindigkeits-Bewegungserfassung (300 Hz), Audioaufzeichnung und -lokalisierung, automatisierte Verhaltenserkennung (Computer Vision) und ferngesteuerte computergesteuerte interaktive Einheiten (z. B. automatisch). Futter- und Tierfutterautomaten). mobile Geräte).

Datenströme stehen in Echtzeit zur Verfügung und ermöglichen hochkontrollierte, verhaltensbasierte Closed-Loop-Experimente sowie die Erstellung umfassender Datensätze für die Offline-Analyse.

Die vielfältigen Fähigkeiten von SMART-BARN werden anhand von drei herausfordernden Vogelfallstudien demonstriert und unterstreichen seine breite Anwendbarkeit für die feinkörnige Analyse des kollektiven Tierverhaltens verschiedener Arten.