إحداث ثورة في دراسات سلوك الحيوان باستخدام أحدث التقنيات

ملخص: كشفت عن SMART-BARN، وهي منشأة حديثة لدراسة السلوك الجماعي للحيوانات.

تقع هذه الأداة في حظيرة تعود إلى القرن الثامن عشر وحظيرة تصوير بحجم صالة للألعاب الرياضية، وتستخدم تقنيات عالية الإنتاجية مثل التتبع البصري والصوتي لمراقبة الحيوانات بشكل ثلاثي الأبعاد. يتيح ذلك للباحثين دراسة السلوكيات والتفاعلات التي كان من المستحيل في السابق التقاطها في إعدادات المختبر.

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

مفتاح الحقائق:

1. SMART-BARN هو اختصار لـ Scalable Multimodal Arena لتتبع سلوك الحيوانات في الوقت الفعلي بأعداد كبيرة.
2. ويمكن لهذه التقنية مراقبة مئات، أو حتى آلاف، الحيوانات في وقت واحد، حسب حجمها.
3. النظام متعدد التخصصات، تم تطويره من قبل علماء الأحياء والفيزيائيين والمهندسين وعلماء الكمبيوتر، وقد تم تطبيقه بالفعل لدراسة الأنواع المختلفة بما في ذلك الحمام والزرزور والعث والخفافيش والبشر.

مصدر: جامعة كونستانز

قام باحثون من مركز مجموعة التميز للدراسة المتقدمة للسلوك الجماعي (CASCB) ومعهد ماكس بلانك لسلوك الحيوان بتحويل حظيرة سابقة إلى مختبر تكنولوجي متطور للتحليل السلوكي المعقد. ومن خلاله، يمكنهم الآن دراسة السلوك المعقد للمجموعات الحيوانية.

كانت الحظيرة أيضًا بمثابة نموذج أولي لأكبر مختبر لسلوك السرب في جامعة كونستانز: حظيرة التصوير.

يتمثل أحد القيود الرئيسية في الأبحاث السلوكية في أن العلماء يمكنهم إما دراسة الحيوانات في ظل بيئات خاضعة لرقابة شديدة، ولكنها غالبًا ما تكون مبسطة وصغيرة بشكل غير واقعي، في المختبر، أو في ظروف غير خاضعة للرقابة إلى حد كبير في البرية.

وقد أدى هذا إلى الحد من قدرتنا على دراسة العديد من جوانب السلوك، بما في ذلك السلوك الجماعي، أي الحركات والتفاعلات بين الحيوانات التي تكمن وراء حياتها الاجتماعية المعقدة. ما هو المطلوب لمعالجة هذا؟ أولاً، مكان به مساحة كبيرة. ثانيا، التكنولوجيا الحديثة.

كلاهما متاح في حظيرة تعود إلى القرن الثامن عشر في معهد ماكس بلانك لسلوك الحيوان في موجينجن بالقرب من كونستانز، والآن في Imaging Hangar، وهي قاعة بحجم صالة للألعاب الرياضية في جامعة كونستانز. يتم استخدام كلا المختبرين لفحص السلوك الجماعي للحيوانات عن كثب.

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

SMART-BARN هو اختصار لـ ساحة متعددة الوسائط قابلة للتطوير لتتبع سلوك الحيوانات في الوقت الفعلي بأعداد كبيرة.

ويقول هيمال نايك: “إنها أداة جديدة تتيح دراسة السمات السلوكية المعقدة للفرد أو التفاعلات بين مجموعات من الحيوانات مثل الحشرات أو الطيور أو الثدييات”. بالتعاون مع ماتي ناجي، المتحدث المشارك للمجموعة، إيان كوزين، وزملاؤه، قاموا بتطوير SMART-BARN.

كان الفريق متعدد التخصصات للغاية: قام علماء الأحياء والفيزيائيون والمهندسون وعلماء الكمبيوتر بتطويره معًا.

يشرح Máté Nagy الأداة أكثر: “نحن نستخدم تقنيات قياس عالية الإنتاجية مثل التتبع البصري والصوتي، والذي يمكننا من خلاله دراسة الموقع الدقيق ووضعية الحيوانات ثلاثية الأبعاد وحساب مجال رؤيتها”.

سيتمتع مستخدمو المنشأة الجديدة بالمرونة اللازمة لأداء نماذج تجريبية مختلفة من خلال الاستفادة من الطبيعة المعيارية للنظام.

لماذا يهم الحجم

“تم تصميم SMART-BARN لتعزيز نطاق التجارب السلوكية الداخلية النموذجية من حيث الحجم التجريبي وسمات السلوك المقاسة وأحجام المجموعات”،

يقول عالم الكمبيوتر هيمال نايك ويضيف: “هذا يعني أنه يمكن للمستخدمين قياس ذخيرة السلوك غير المرئية سابقًا لأن الحيوانات لديها مساحة أكبر”. يمكن للمنشأة – اعتمادًا على حجم الحيوانات – استضافة 100 حيوان في وقت واحد وتوسيع إمكانية إجراء التجارب على أنواع جديدة لم يتم دراستها عادةً في البيئات الداخلية.

ويضيف كوزين: “في الواقع، قمنا الآن بتوسيع نطاق هذا الأمر للعمل مع عدة آلاف من الحيوانات. لقد أجرينا مؤخرًا دراسة في Imaging Hangar حيث قمنا بتتبع 10000 من الجراد الطاعون. وكان من الممكن أن يكون هذا مستحيلًا بدون تقنية SMART-BARN الخاصة بنا.

كيف يمكن استخدام SMART-BARN

حتى الآن، تم استخدام SMART-BARN في حالات استخدام تجريبية مختلفة تتضمن موضوعات متنوعة مثل الحمام والزرزور والعثة والخفافيش والبشر.

يشعر نايك بالسعادة لأن: “المنشأة تعمل على تشكيل علاقات تعاون جديدة مهمة متعددة التخصصات”.

ويواصل: “على سبيل المثال، يوفر SMART-BARN القدرة على تتبع نظرة ثلاثية الأبعاد ووضعية الطيور في مجموعة مكونة من عشرة أو أكثر مع الحفاظ على هويتهم. ويستخدم الباحثون هذه التقنية لاستكشاف دور النظرة في اتخاذ القرار.

يستخدم علماء الكمبيوتر نفس التقنية لتصميم رؤية حاسوبية جديدة وخوارزميات قائمة على الذكاء الاصطناعي تسهل التتبع ثلاثي الأبعاد للحيوانات دون ربط أي علامات بها.

يقول إيان كوزين: “لقد أدت طريقتنا إلى إنشاء نظام أكبر في حظيرة التصوير بجامعة كونستانز لتتبع أسراب الروبوتات أو آلاف الحشرات”.

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

يتخيل الفريق أن تكون المنشأة بمثابة مساحة تعاونية حيث يمكن للباحثين من جميع أنحاء العالم المساهمة في استكشاف الأسئلة السلوكية. ولذلك يدعو الفريق الباحثين في جميع أنحاء العالم للتواصل معهم والتخطيط للتجارب.

حول أخبار أبحاث علم الأعصاب السلوكي

مؤلف: هيلينا ديتز
مصدر: جامعة كونستانز
اتصال: هيلينا ديتز – جامعة كونستانز
صورة: تُنسب الصورة إلى أخبار علم الأعصاب

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“SMART-BARN: ساحة متعددة الوسائط قابلة للتطوير لتتبع سلوك الحيوانات في الوقت الفعلي بأعداد كبيرة“بقلم ماتي ناجي وآخرون. تقدم العلوم

خلاصة

SMART-BARN: ساحة متعددة الوسائط قابلة للتطوير لتتبع سلوك الحيوانات في الوقت الفعلي بأعداد كبيرة

تحقق SMART-BARN (الساحة متعددة الوسائط القابلة للتطوير لتتبع سلوك الحيوانات بأعداد كبيرة في الوقت الفعلي) اكتسابًا سريعًا وقويًا للحركة والسلوك والتواصل والتفاعلات بين الحيوانات في مجموعات، ضمن مساحة كبيرة (14.7 مترًا في 6.6 مترًا في 3.8 مترًا) متر)، بيئة ثلاثية الأبعاد باستخدام قنوات معلومات متعددة.

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

يدمج هذا النظام تقنيات قياس متعددة ومتزامنة، بما في ذلك دقة أقل من 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 (على سبيل المثال، وحدات التغذية الآلية ووحدات تغذية الحيوانات). الأجهزة المحمولة).

تتوفر تدفقات البيانات في الوقت الفعلي، مما يسمح بإجراء تجارب حلقة مغلقة يتم التحكم فيها بشكل كبير وتعتمد على السلوك، مع إنتاج مجموعات بيانات شاملة للتحليل دون الاتصال بالإنترنت.

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