Revolucionando los estudios del comportamiento animal con tecnología de punta

Resumen: presentó SMART-BARN, una instalación de última generación para estudiar el comportamiento de los rebaños de animales.

Ubicada en un granero del siglo XVIII y un hangar de imágenes del tamaño de un gimnasio, la herramienta utiliza técnicas de alto rendimiento, como el seguimiento óptico y acústico, para monitorear animales en 3D. Esto permite a los investigadores estudiar comportamientos e interacciones que antes eran imposibles de capturar en entornos de laboratorio.

SMART-BARN se considera un elemento revolucionario en este campo, con aplicaciones que van desde la biología hasta la inteligencia artificial.

Aspectos principales:

1. SMART-BARN significa Scalable Multimodal Arena para el seguimiento en tiempo real del comportamiento de animales en grandes cantidades.
2. La tecnología puede monitorear simultáneamente cientos o incluso miles de animales dependiendo de su tamaño.
3. El sistema es multidisciplinario, desarrollado por biólogos, físicos, ingenieros e informáticos, y ya se ha aplicado para estudiar diversas especies, incluidas palomas, estorninos, polillas, murciélagos y humanos.

Fuente: Universidad de Constanza

Investigadores del Centro de Excelencia para el Estudio Avanzado del Comportamiento Colectivo (CASCB) y del Instituto Max Planck de Comportamiento Animal han transformado un antiguo granero en un laboratorio tecnológico de última generación para análisis de comportamiento complejos. En él ahora pueden estudiar el intrincado comportamiento de grupos de animales.

El granero también sirvió como prototipo para el mayor laboratorio de comportamiento de enjambres de la Universidad de Konstanz: el Imaging Hangar.

Una limitación importante en la investigación del comportamiento es que los científicos pueden estudiar animales en entornos pequeños y altamente controlados, pero a menudo irrealmente simplificados, en el laboratorio o en condiciones en gran medida incontroladas en la naturaleza.

Esto ha limitado nuestra capacidad para estudiar muchos aspectos del comportamiento, incluido el comportamiento colectivo: los movimientos e interacciones entre animales que subyacen a sus complejas vidas sociales. ¿Qué se necesita para abordar este problema? Primero, un lugar con mucho espacio. En segundo lugar, la tecnología de punta.

Ambos están disponibles en un granero del siglo XVIII en el Instituto Max Planck para el Comportamiento Animal en Möggingen, cerca de Constanza, y ahora en el Imaging Hangar, un aula del tamaño de un gimnasio en la Universidad de Constanza. Ambos laboratorios se utilizan para examinar de cerca el comportamiento grupal de los animales.

Para hacerlo de forma multidimensional, investigadores del Centro de Excelencia para el Estudio Avanzado del Comportamiento Colectivo de la Universidad de Konstanz y el Instituto Max Planck de Comportamiento Animal han desarrollado una herramienta llamada SMART-BARN.

SMART-BARN es el acrónimo de Arena multimodal escalable para el seguimiento en tiempo real del comportamiento animal en grandes cantidades.

«Es una nueva herramienta que permite estudiar rasgos de comportamiento complejos de un individuo o interacciones entre grupos de animales como insectos, aves o mamíferos», dice Hemal Naik. Junto con Máté Nagy, el coponente del grupo, Iain Couzin, y sus colegas desarrollaron SMART-BARN.

El equipo era muy interdisciplinario: biólogos, físicos, ingenieros e informáticos lo desarrollaron juntos.

Máté Nagy explica con más detalle el instrumento: «Utilizamos técnicas de medición de alto rendimiento, como el seguimiento óptico y acústico, con las que podemos estudiar la posición y la postura exactas en 3D de los animales y calcular su campo de visión».

Los usuarios de la nueva instalación tendrán la flexibilidad de ejecutar diferentes paradigmas experimentales aprovechando la naturaleza modular del sistema.

Por qué importa la escala

«SMART-BARN está diseñado para mejorar los típicos experimentos de comportamiento en interiores en términos de volumen experimental, rasgos de comportamiento medidos y tamaños de grupo».

El informático Hemal Naik dice y añade: «Esto significa que los usuarios pueden medir un repertorio de comportamientos nunca antes vistos porque los animales tienen más espacio». La estructura puede, dependiendo del tamaño de los animales, albergar cientos de animales simultáneamente y ampliar la posibilidad de experimentos con nuevas especies que normalmente no se estudian en ambientes interiores.

“De hecho, ahora lo hemos adaptado para trabajar con miles de animales”, añade Couzin. “Recientemente llevamos a cabo un estudio en Imaging Hangar donde monitoreamos 10.000 plagas de langostas. Esto habría sido imposible sin nuestra tecnología SMART-BARN”.

Cómo se puede utilizar SMART-BARN

Hasta ahora, SMART-BARN se ha utilizado en varios casos de uso experimentales que involucran diferentes sujetos como palomas, estorninos, polillas, murciélagos y humanos.

Naik está contento porque: «La estructura está dando vida a nuevas colaboraciones interdisciplinarias importantes».

Y continúa: “Por ejemplo, SMART-BARN ofrece la posibilidad de rastrear la mirada 3D y la postura de las aves en un grupo de diez o más manteniendo su identidad. Los investigadores están utilizando esta técnica para explorar el papel de la mirada en la toma de decisiones».

La misma técnica está siendo utilizada por los informáticos para diseñar nuevos algoritmos basados ​​en visión por ordenador e inteligencia artificial que faciliten el seguimiento 3D de animales sin atribuirles ningún marcador.

«Nuestro método ha llevado a la creación de un sistema aún mayor en el hangar de imágenes de la Universidad de Konstanz para rastrear enjambres de robots o miles de insectos», afirma Iain Couzin.

Máté Nagy dice: «En pocas palabras, el alcance de sus aplicaciones está limitado únicamente por nuestra capacidad de generar ideas experimentales».

El equipo concibe la instalación como un espacio colaborativo donde investigadores de todo el mundo puedan contribuir a la exploración de problemas de comportamiento. Por ello, el equipo invita a investigadores de todo el mundo a conectarse con ellos y planificar experimentos.

Acerca de esta noticia de investigación en neurociencia conductual

Autor: Elena Dietz
Fuente: Universidad de Constanza
Contacto: Helena Dietz – Universidad de Constanza
Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News.

Investigacion original: Acceso libre.
“SMART-BARN: Arena multimodal escalable para el seguimiento en tiempo real del comportamiento animal en grandes cantidades» por Máté Nagy et al. Avances en la ciencia

Abstracto

SMART-BARN: Arena multimodal escalable para el seguimiento en tiempo real del comportamiento animal en grandes cantidades

SMART-BARN (Arena multimodo escalable para el monitoreo en tiempo real del comportamiento animal en grandes cantidades) permite una captura rápida y sólida del movimiento, el comportamiento, la comunicación y las interacciones de los animales en grupos, dentro de un área grande (14,7 metros x 6,6 metros). x 3,8 metros), entorno tridimensional utilizando múltiples canales de información.

El comportamiento se mide simultáneamente en una amplia gama de taxones (insectos, aves, mamíferos, etc.) y tamaños corporales (desde polillas hasta humanos).

Este sistema integra múltiples técnicas de medición simultáneas, incluida la captura de movimiento con precisión submilimétrica de alta velocidad (300 hercios), seguimiento y registro acústico, reconocimiento automatizado del comportamiento (visión por computadora) y unidades interactivas remotas controladas por computadora (por ejemplo, comederos y animales automatizados). sistemas de medición). dispositivos desgastados).

Los flujos de datos están disponibles en tiempo real, lo que permite realizar experimentos de circuito cerrado altamente controlados y dependientes del comportamiento, al mismo tiempo que se producen conjuntos de datos completos para análisis fuera de línea.

Las diversas capacidades de SMART-BARN se demuestran a través de tres desafiantes estudios de casos de aves, al tiempo que se destaca su amplia aplicabilidad al análisis a gran escala del comportamiento animal colectivo entre especies.