Merevolusi studi perilaku hewan menggunakan teknologi terkini

ringkasan: Meluncurkan SMART-BARN, fasilitas canggih untuk mempelajari perilaku kolektif hewan.

Bertempat di gudang abad ke-18 dan gudang fotografi seukuran gimnasium, alat ini menggunakan teknologi throughput tinggi seperti pelacakan visual dan audio untuk memantau hewan dalam 3D. Hal ini memungkinkan peneliti untuk mempelajari perilaku dan interaksi yang sebelumnya tidak mungkin ditangkap di laboratorium.

SMART-BARN dipandang sebagai terobosan baru di bidang ini, dengan penerapan mulai dari biologi hingga kecerdasan buatan.

Fakta-fakta kunci:

1. SMART-BARN adalah singkatan dari Scalable Multimodal Arena untuk pelacakan perilaku hewan dalam jumlah besar secara real-time.
2. Teknologi ini dapat memantau ratusan, bahkan ribuan hewan sekaligus, tergantung ukurannya.
3. Sistem ini bersifat interdisipliner, dikembangkan oleh ahli biologi, fisikawan, insinyur, dan ilmuwan komputer, dan telah diterapkan untuk mempelajari berbagai spesies termasuk merpati, jalak, ngengat, kelelawar, dan manusia.

sumber: Universitas Konstanz

Para peneliti dari Center for Excellence Group for the Advanced Study of Collective Behavior (CASCB) dan Max Planck Institute for Animal Behavior telah mengubah bekas gudang menjadi laboratorium berteknologi tinggi untuk analisis perilaku yang kompleks. Melalui itu, mereka kini dapat mempelajari perilaku kompleks kelompok hewan.

Hanggar tersebut juga berfungsi sebagai prototipe laboratorium perilaku kawanan terbesar di Universitas Konstanz: hanggar fotografi.

Keterbatasan utama penelitian perilaku adalah bahwa para ilmuwan dapat mempelajari hewan di lingkungan yang sangat terkontrol, namun seringkali disederhanakan dan berukuran kecil, di laboratorium, atau di bawah kondisi yang sebagian besar tidak terkendali di alam liar.

Hal ini membatasi kemampuan kita untuk mempelajari banyak aspek perilaku, termasuk perilaku kolektif, yaitu pergerakan dan interaksi antar hewan yang mendasari kehidupan sosial mereka yang kompleks. Apa yang diperlukan untuk mengatasi hal ini? Pertama, tempat dengan banyak ruang. Kedua, teknologi modern.

Keduanya tersedia di gudang abad ke-18 di Max Planck Institute for Animal Behavior di Mugengen dekat Konstanz, dan sekarang di Imaging Hangar, aula seukuran gimnasium di Universitas Konstanz. Kedua laboratorium tersebut digunakan untuk meneliti secara dekat perilaku kolektif hewan.

Untuk melakukan hal ini secara multidimensi, para peneliti dari Cluster of Excellence Center for the Advanced Study of Group Behavior di Universitas Konstanz dan Max Planck Institute for Animal Behavior mengembangkan alat yang disebut SMART-BARN.

SMART-BARN adalah singkatan dari Arena multimedia yang scalable untuk melacak perilaku hewan secara real time dalam jumlah besar.

“Ini adalah alat baru yang memungkinkan mempelajari ciri-ciri perilaku kompleks suatu individu atau interaksi antara kelompok hewan seperti serangga, burung, atau mamalia,” kata Himal Naik. Bekerja sama dengan Matti Nagy, co-speaker grup, Ian Kosin, dan rekannya, mereka mengembangkan SMART-BARN.

Tim ini sangat interdisipliner: ahli biologi, fisikawan, insinyur, dan ilmuwan komputer mengembangkannya bersama.

Máté Nagy menjelaskan alat ini lebih lanjut: “Kami menggunakan teknik pengukuran throughput tinggi seperti pelacakan visual dan akustik, yang dengannya kami dapat mempelajari lokasi dan postur hewan secara tepat dalam 3D dan menghitung bidang pandang mereka.”

Pengguna fasilitas baru ini akan memiliki fleksibilitas untuk melakukan model eksperimental yang berbeda dengan memanfaatkan sifat modular sistem.

Mengapa ukuran penting?

SMART-BARN dirancang untuk meningkatkan jangkauan eksperimen perilaku dalam ruangan dalam hal ukuran eksperimen, sifat perilaku yang diukur, dan ukuran kelompok.

“Ini berarti pengguna dapat mengukur perilaku yang sebelumnya tidak terlihat karena hewan memiliki lebih banyak ruang,” kata ilmuwan komputer Himal Naik. Tergantung pada ukuran hewan, fasilitas ini dapat menampung 100 hewan sekaligus dan memperluas kemungkinan bereksperimen dengan spesies baru yang biasanya tidak dipelajari di dalam ruangan.

“Faktanya, kami kini telah meningkatkan upaya ini untuk menangani beberapa ribu hewan,” tambah Cozen. “Baru-baru ini kami melakukan penelitian di Imaging Hangar di mana kami melacak 10.000 belalang wabah. Hal ini tidak mungkin terjadi tanpa teknologi SMART-BARN kami. .”

CARA MENGGUNAKAN SMART-BARN

Hingga saat ini, SMART-BARN telah digunakan dalam berbagai kasus penggunaan eksperimental yang melibatkan beragam subjek seperti merpati, jalak, ngengat, kelelawar, dan manusia.

Naik senang karena: “Fasilitas ini membentuk kolaborasi multi-disiplin baru yang penting.”

Dia melanjutkan: “Misalnya, SMART-BARN memberikan kemampuan untuk melacak pandangan 3D dan postur burung dalam kelompok yang terdiri dari sepuluh orang atau lebih sambil mempertahankan identitas mereka. Para peneliti menggunakan teknologi ini untuk mengeksplorasi peran pandangan dalam pengambilan keputusan.

Ilmuwan komputer menggunakan teknologi yang sama untuk merancang visi komputer baru dan algoritma berbasis AI yang memfasilitasi pelacakan hewan secara 3D tanpa melampirkan tag apa pun pada hewan tersebut.

“Metode kami telah menghasilkan sistem yang lebih besar di gudang pencitraan Universitas Konstanz untuk melacak kawanan robot atau ribuan serangga,” kata Ian Kosin.

“Singkatnya, jangkauan penerapannya hanya dibatasi oleh kemampuan kita untuk menghasilkan ide-ide eksperimental,” kata Matti-Nagy.

Tim membayangkan fasilitas ini sebagai ruang kolaboratif di mana para peneliti dari seluruh dunia dapat berkontribusi untuk mengeksplorasi pertanyaan-pertanyaan mengenai perilaku. Oleh karena itu, tim mengundang peneliti di seluruh dunia untuk terhubung dengan mereka dan merencanakan eksperimen.

Tentang Berita Penelitian Ilmu Saraf Perilaku

pengarang: Helena Dietz
sumber: Universitas Konstanz
komunikasi: Helena Dietz – Universitas Konstanz
gambar: Gambar dikreditkan ke Berita Neuroscience

Pencarian asli: akses terbuka.
“SMART-BARN: Arena multimedia scalable untuk melacak perilaku hewan secara real time dalam jumlah besarOleh Matti Nagy dkk. Kemajuan ilmu pengetahuan

ringkasan

SMART-BARN: Arena multimedia scalable untuk melacak perilaku hewan secara real time dalam jumlah besar

SMART-BARN (Arena Multimodal yang Dapat Diskalakan untuk Pelacakan Perilaku Hewan Massal Secara Real-time) mencapai perolehan pergerakan, perilaku, komunikasi, dan interaksi yang cepat dan kuat di antara hewan dalam kelompok, dalam skala 3D yang luas (14,7m kali 6,6m kali 3,8m). lingkungan, menggunakan berbagai saluran informasi.

Perilaku diukur berdasarkan berbagai taksa (serangga, burung, mamalia, dll) dan ukuran tubuh (dari ngengat hingga manusia) secara bersamaan.

Sistem ini mengintegrasikan beberapa teknologi pengukuran simultan, termasuk akurasi sub-milimeter, penangkapan gerakan berkecepatan tinggi (300 Hz), perekaman dan penentuan posisi suara, pengenalan perilaku otomatis (computer vision), dan modul interaktif jarak jauh yang dikendalikan komputer (misalnya, pengumpan otomatis dan pengumpan hewan). perangkat seluler).

Aliran data tersedia dalam waktu nyata, memungkinkan eksperimen loop tertutup yang sangat terkontrol dan didorong oleh perilaku, sekaligus menghasilkan kumpulan data komprehensif untuk analisis offline.

Kemampuan SMART-BARN yang beragam ditunjukkan oleh tiga studi kasus yang menantang mengenai burung, yang menyoroti penerapannya yang luas pada analisis yang cermat terhadap perilaku kolektif hewan di seluruh spesies.