VisuTrack動物行為分析系統(tǒng)

                              -----新一代行為識別技術(shù)

介紹資料

一、系統(tǒng)介紹

VisuTrack動物行為分析系統(tǒng)用于自動跟蹤和分析動物的運(yùn)動、活動和行為，并提供變量，如運(yùn)動速度、距離、區(qū)域活動情況等。VisuTrack不僅采用動物軀體部位劃分技術(shù)，嚴(yán)格區(qū)分動物的身體輪廓中心、動物的鼻尖以及尾根，而且*應(yīng)用AI圖像識別跟蹤技術(shù)，通過學(xué)習(xí)和模擬海量的動物行為實(shí)驗(yàn)原始視頻，真正實(shí)現(xiàn)了全程動物一鍵智能跟蹤。

VisuTrack不僅僅是一款跟蹤軟件，更是一個(gè)平臺，可用于*自動化實(shí)驗(yàn)研究，提高效率并減少人為錯(cuò)誤。VisuTrack作為平臺，它不僅可以創(chuàng)建用于控制外部設(shè)備的復(fù)雜方案，如熒光燈、揚(yáng)聲器、足部電擊以及食物顆粒分配器，而且可以與第三方電生理、光遺傳、鈣離子信號等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，為科研工作者提供了理想的專屬定制化實(shí)驗(yàn)平臺。

二、系統(tǒng)模塊組成

VisuTrack包含多種主要功能模塊：

• 基礎(chǔ)模塊（Basic module）

• 輸出輸出控制模塊（I/O Module）

• 插件模塊（Plug-in module）

• GLP模塊（GLP module）

• 復(fù)雜精細(xì)行為模塊

VisuTrack是一個(gè)*利用第三代行為學(xué)技術(shù)—行為識別技術(shù)的系統(tǒng)。可以適應(yīng)目前大多數(shù)主流行為學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，同時(shí)提供參數(shù)，提高檢測的靈敏度和準(zhǔn)確度。

三、軟件應(yīng)用范圍

• 學(xué)習(xí)記憶實(shí)驗(yàn)

   Morris水迷宮、八臂迷宮、十二臂迷宮、Y迷宮、T迷宮、Barnes迷宮、六臂水迷宮

• 焦慮抑郁實(shí)驗(yàn)

   高架十字迷宮、曠場實(shí)驗(yàn)、自發(fā)活動、O迷宮、明暗箱（黑白箱）、強(qiáng)迫游泳、懸尾

• 探索行為實(shí)驗(yàn)

新奇物體識別實(shí)驗(yàn)、動物交際實(shí)驗(yàn)、洞板實(shí)驗(yàn)、孔洞實(shí)驗(yàn)

• 藥物成癮實(shí)驗(yàn)

條件位置偏愛（CPP）、條件位置厭惡(CPA)

• 外部控制實(shí)驗(yàn)

條件性光刺激、聲刺激、電刺激、光遺傳、電生理同步，提供TTL接口后，更適用于避暗實(shí)驗(yàn)、跳臺實(shí)驗(yàn)、睡眠剝奪實(shí)驗(yàn)、學(xué)習(xí)無助實(shí)驗(yàn)、飲水電擊實(shí)驗(yàn)、場景恐懼實(shí)驗(yàn)等

四、技術(shù)特點(diǎn)

4.1 新一代行為識別算法

系統(tǒng)擁有多種功能強(qiáng)大的動物檢測及消除噪音的檢測方法，可以應(yīng)付幾乎所有的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的行為實(shí)驗(yàn)，支持Animal Size動物的大小、Animal Color 動物顏色與背景差（黑-白、白-黑、雜色-變化背景等），同時(shí)支持自動閾值、手動閾值、復(fù)雜閾值（既白又黑）、頭部朝向閾值等：

• AI智能識別法，適用于新手實(shí)驗(yàn)員，能夠快速、準(zhǔn)確、自動識別實(shí)驗(yàn)動物

• 灰度法，適合光線穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)環(huán)境背景與被檢測動物色差明顯的實(shí)驗(yàn)

• 靜態(tài)背景法，適合實(shí)驗(yàn)環(huán)境背景不均衡，亮暗不明，但背景相對固定的實(shí)驗(yàn)

• 動態(tài)背景法，適合實(shí)驗(yàn)環(huán)境背景不均衡，亮暗不明，且背景會微弱變化的實(shí)驗(yàn)

• 高斯背景法，適合環(huán)境背景復(fù)雜，光線微弱，動物顏色與背景差異較小的實(shí)驗(yàn)

4.2 多體位點(diǎn)識別技術(shù)

軟件對動物形體進(jìn)行全局分析，以檢測鼻尖（Nose position）、前部軀體中心（Forebody Center）、身體中心（Animal Center）和尾根（Tail Base position）四個(gè)特征點(diǎn)，并據(jù)此分析動物行為。

使用動物身體多個(gè)點(diǎn)模塊，軟件可以識別動物的鼻尖和尾根，當(dāng)研究大鼠或小鼠的記憶時(shí)，動物鼻子與某個(gè)物體的接近或動物頭部朝向均屬于非常有用的參數(shù)。頭部朝向區(qū)域非常適用于新奇物體識別實(shí)驗(yàn)，即研究動物對觀察區(qū)內(nèi)部或者外部物體的興趣。新物體探索通常被定義為圍繞物體特定半徑內(nèi)動物頭部的活動?！邦^部朝向區(qū)域"變量分析大鼠或小鼠頭部朝向感興趣點(diǎn)的程度角度。

軟件還可以使用身體多個(gè)點(diǎn)檢測來更準(zhǔn)確的分析進(jìn)入迷宮或其他區(qū)域的前肢，并定義哪些身體點(diǎn)應(yīng)該進(jìn)入前肢，以便將其計(jì)入指標(biāo)。后，該功能也是社會交互實(shí)驗(yàn)研究的一個(gè)很好補(bǔ)充。

4.3 復(fù)雜精細(xì)行為檢測

系統(tǒng)可以全自動分析更多實(shí)驗(yàn)動物的精細(xì)行為, 如爬行/靜止/原地微動,擺頭/甩頭,理毛修飾,轉(zhuǎn)圈,站立,靠邊行走，嗅探，伸長，身體彎曲等，并可以生成相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的動物行為圖譜及時(shí)序圖；此模塊自動化可提高研究客觀性和有效性，因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)多于人眼觀察。該系統(tǒng)具有準(zhǔn)確性、一致性和連續(xù)性。它將每次以相同方式對相同行為評分。特別是提高了長期觀察的有效性。人眼觀察會疲憊，對幾分鐘的視頻的行為評分可能需要數(shù)小時(shí)，而精細(xì)行為插件功能可以自動判斷，永遠(yuǎn)不會讓人失望。

4.4 外部輸入輸出控制與觸發(fā)功能

將行為與生物信號（腦電圖、血壓、神經(jīng)元活動、超聲波發(fā)聲）和實(shí)驗(yàn)刺激（聲音、光、電擊等）整合，VisuTrack提供整合方案和模塊寫入等方式同步分析。利用智能的觸發(fā)選項(xiàng)功能，可以自定義Event和Action，實(shí)現(xiàn)自動開始分析、停止分析以及暫停分析、恢復(fù)分析等功能。

圖為I/O box，輸入輸出控制器

舉個(gè)實(shí)驗(yàn)案例，在使用光遺傳刺激進(jìn)行行為研究時(shí)，實(shí)驗(yàn)和硬件控制可以發(fā)揮很大的作用?？梢愿鶕?jù)動物行為或時(shí)間，利用實(shí)驗(yàn)和硬件控制模塊來控制刺激。同時(shí)還可以記錄實(shí)驗(yàn)期間出現(xiàn)的各種情況，因此，可輕松的分析光遺傳刺激行為后發(fā)生了什么行為變化。

4.5 GLP實(shí)驗(yàn)?zāi)K

系統(tǒng)包含了GLP模塊（GLP Module），可以實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限、用戶策略分配，系統(tǒng)自帶管理員模式、審閱用戶模式以及實(shí)驗(yàn)員模式，對應(yīng)有不同的軟件使用權(quán)限，并可以導(dǎo)出符合GLP要求的操作日志表以及審閱日志表，同時(shí)可以開展動物行為“雙盲"實(shí)驗(yàn)。

針對于學(xué)校構(gòu)建動物行為實(shí)驗(yàn)室平臺，為方便高效管理，還可以額外允許根據(jù)實(shí)驗(yàn)室要求，分配實(shí)驗(yàn)員操作軟件的權(quán)限，為所有學(xué)員內(nèi)置各種規(guī)范的實(shí)驗(yàn)?zāi)０嬉约坝脩糇远x實(shí)驗(yàn)?zāi)０妗?/span>

4.6全面實(shí)時(shí)功能

軟件具有全面實(shí)時(shí)功能，可以實(shí)時(shí)顯示插件窗口，用以實(shí)時(shí)顯示動物的跟蹤狀態(tài)，判斷是否準(zhǔn)確跟蹤；Event窗口，實(shí)時(shí)顯示動物跟蹤分析過程的精細(xì)行為事件；Result窗口，實(shí)時(shí)顯示指標(biāo)測量結(jié)果；

4.7實(shí)驗(yàn)復(fù)檢功能

軟件提供復(fù)驗(yàn)功能，即對檢測的事件可以通過點(diǎn)擊來自動回/播放相應(yīng)事件對應(yīng)的視頻，便于校驗(yàn)；可調(diào)整分析參數(shù)，對實(shí)時(shí)分析時(shí)錄下來的視頻/軌跡點(diǎn)進(jìn)行重新分析以改進(jìn)分析結(jié)果，而無需重做實(shí)驗(yàn)重新記錄視頻/分析視頻；

4.8區(qū)域進(jìn)入判斷標(biāo)準(zhǔn)

提供多種動物進(jìn)入?yún)^(qū)域判斷標(biāo)準(zhǔn)：中心點(diǎn)進(jìn)入、身體面積進(jìn)入以及體位點(diǎn)判斷進(jìn)入，同時(shí)可以自定義相關(guān)判斷標(biāo)準(zhǔn)的閾值，動物處在不同的實(shí)驗(yàn)容器中，我們需要更換不同的判斷標(biāo)準(zhǔn)來提供實(shí)驗(yàn)的可信度和準(zhǔn)確性。

4.9同步分析不同類別實(shí)驗(yàn)

同一套軟件可以在同一臺電腦上同一時(shí)刻在線或離線分析不同的動物行為實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)效率的同時(shí)更增加了藥效評價(jià)的可靠性、實(shí)時(shí)性以及同步性，且分析結(jié)束后數(shù)據(jù)會自動按照實(shí)驗(yàn)類別歸類，尤其適合應(yīng)用于學(xué)校構(gòu)建動物行為實(shí)驗(yàn)公共平臺和批量離線處理視頻。如圖，可以同時(shí)離線分析morris水迷宮、八臂迷宮、高架十字迷宮和曠場實(shí)驗(yàn)視頻。

五、數(shù)據(jù)管理功能

5.1 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

VisuTrack軟件支持分段檢索數(shù)據(jù)、分組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及軌跡篩選功能，能夠讓用戶在不使用第三方軟件的情況下，也可以得到強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)處理功能，可以計(jì)算選中指標(biāo)的方差和標(biāo)準(zhǔn)差，繪制并導(dǎo)出相應(yīng)指標(biāo)的直方圖。

5.2 曲線軌跡展示

VisuTrack軟件提供了多種形式的動物活動軌跡可視化展現(xiàn)方式：軌跡圖、軌跡矢量圖（支持多倍無損放大/縮小）、熱圖、3D熱圖、二維活動量圖以及三維活動量圖。

六、豐富的插件功能（選配）

VisuTrack軟件提供了豐富的插件功能，方便為用戶擴(kuò)展定制個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)和測試指標(biāo)，目前，我們已經(jīng)定制了Morris水迷宮、曠場實(shí)驗(yàn)、頭部探索行為以及交替行為等插件模塊，通過這些插件的啟用，用戶更加方便開展“不同尋常"的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算出“與眾不同"的行為學(xué)指標(biāo)參數(shù)。

• Morris水迷宮插件

• 交替行為插件

• 曠場實(shí)驗(yàn)插件

• 精細(xì)行為插件

• 頭部探索行為插件

• 巴恩斯迷宮插件

• Lat迷宮插件

• 強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)插件

• 懸尾實(shí)驗(yàn)插件

6.1 Morris水迷宮插件

Morris水迷宮插件允許用戶額外的定義設(shè)置相關(guān)搜索策略區(qū)域參數(shù)（直線式搜索、趨向式搜索、邊緣式搜索），測試更加豐富的水迷宮實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，同樣接受用戶定制各類深度的指標(biāo)：轉(zhuǎn)向搜索、方向趨近、距離趨近等。

6.2 頭部探索行為插件

頭部探索行為插件在基礎(chǔ)模塊的三點(diǎn)識別的基礎(chǔ)上，引入了更加復(fù)雜的判斷機(jī)制來檢測動物頭部（鼻尖）是否有效接觸興趣物體，如頭部偏向、有效距離等。

6.3 曠場實(shí)驗(yàn)插件

曠場實(shí)驗(yàn)插件可以讓用戶進(jìn)一步評價(jià)動物在曠場實(shí)驗(yàn)箱里的跨格行為，比如跨格次數(shù)和跨格等級、近壁距離、支撐性站立以及非支撐性站立等。

6.4 Y迷宮插件

Y迷宮插件可以擴(kuò)展讓用戶在Y迷宮實(shí)驗(yàn)中，檢測動物自發(fā)交替行為的相關(guān)參數(shù)，比如異臂單步循環(huán)次數(shù)（SAP），首尾同臂循環(huán)次數(shù)（AAR）以及同臂單循環(huán)次數(shù)（SAR）。

七、測試指標(biāo)

我們?yōu)橛脩籼峁┝朔浅ＸS富的動物行為測試參數(shù)，通過這些參數(shù)可以幫助用戶分析各類動物行為信息。所有的測試指標(biāo)到每一個(gè)用戶定義的分析區(qū)域。

常規(guī)指標(biāo)：活動路程、逗留時(shí)間、運(yùn)動速度

實(shí)驗(yàn)指標(biāo)：各區(qū)域潛伏期（*進(jìn)入時(shí)間）、進(jìn)入次數(shù)、進(jìn)入深度、路程比例

特色指標(biāo)：休息（靜止）時(shí)間、掙扎時(shí)間、Freezing時(shí)間、Freezing次數(shù)

探索指標(biāo)：頭部接觸次數(shù)、接觸時(shí)間、接觸潛伏期、接近時(shí)間、大距離

精細(xì)行為指標(biāo)：飲水次數(shù)、飲食次數(shù)、甩頭次數(shù)、修飾行為、卷縮行為、嗅探行為、伸長、僵直等

插件指標(biāo)：轉(zhuǎn)向搜索、方向趨近、接近度、交替行為、跨格次數(shù)、跨格等級、支撐站立、搜索策略、自定義區(qū)域周邊活動情況、嗅聞半徑等

八、系統(tǒng)組成

VisuTrack完整的系統(tǒng)方案包涵VisuTrack軟件（按模塊選配）、采集模塊、實(shí)驗(yàn)儀器。

其中，VisuTrack軟件支持安裝Win Xp和Win7系統(tǒng)、Win10系統(tǒng)，采集模塊包括USB采集卡、攝像機(jī)，實(shí)驗(yàn)儀器需要根據(jù)用戶的課題方向選配，如Morris水迷宮、高架十字迷宮、曠場實(shí)驗(yàn)等。

  VisuTrack動物行為視頻分析軟件

相機(jī)建議黑白槍式攝像機(jī)，700線清晰度

采集卡建議選擇USB采集卡，這樣軟件可以裝在筆記本里

九、軟件擴(kuò)展升級

上海欣軟已經(jīng)為“Super"系列和“Track"系列動物行為分析軟件申請了數(shù)項(xiàng)軟件著作權(quán)，擁有核心識別算法技術(shù)和后續(xù)軟件持續(xù)升級維護(hù)的能力。

VisuTrack軟件 3 年內(nèi)免費(fèi)升級，不升級不會影響用戶的正常使用。

我們通常選擇學(xué)校暑假前夕（7月）和寒假前夕（12月）左右聯(lián)系用戶升級。

十、典型客戶

ü 中科院納米研究所

ü 軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院

ü 中科院生物物理研究所

ü 中科院心理研究所

ü 中科院藥物研究所

ü 北京大學(xué)生命科學(xué)院

ü 北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部  藥物依賴所

ü 上海交通大學(xué)

ü 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)

ü 山東中醫(yī)藥大學(xué)

ü 昭衍（蘇州）新藥研究中心有限公司

ü 上海綠谷制藥有限公司

ü 江漢大學(xué)

ü 蘇州大學(xué)

ü 南京大學(xué)

用戶名單未詳盡列出，排名不分先后。

十一、軟件擴(kuò)展

VisuTrack軟件是上海欣軟信息科技有限公司開發(fā)的新一代動物行為分析系統(tǒng)，可以適用于幾乎所有的動物行為實(shí)驗(yàn)測試，我們秉承“一切為了實(shí)驗(yàn)"的宗旨，將會一如既往的將更多的“黑科技"引入到行為分析軟件當(dāng)中。VisuTrack的插件模塊（選配）將持續(xù)更新，我們也非常希望能夠吸納更多客戶的實(shí)驗(yàn)需求。目前，“Track"系列軟件正在開拓FishTrack斑馬魚行為分析軟件和CageTrack嚙齒動物日常行為監(jiān)測軟件。

需要了解更多實(shí)驗(yàn)方法以及產(chǎn)品介紹，可以添加以下微信號和公眾號咨詢：