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動、活動和行為，并提供變量，如運動速度、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驗原始視頻，真正實現(xiàn)了全程動物一鍵智能跟蹤。

VisuTrack不僅僅是一款跟蹤軟件，更是一個平臺，可用于*自動化實驗研究，提高效率并減少人為錯誤。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驗平臺。

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*利用第三代行為學(xué)技術(shù)—行為識別技術(shù)的系統(tǒng)?？梢赃m應(yīng)目前大多數(shù)主流行為學(xué)實驗的需要，同時提供參數(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)記憶實驗

   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

• 焦慮抑郁實驗

   高架十字迷宮、曠場實驗、自發(fā)活動、O迷宮、明暗箱（黑白箱）、強迫游泳、懸尾

• 探索行為實驗

新奇物體識別實驗、動物交際實驗、洞板實驗、孔洞實驗

• 藥物成癮實驗

條件位置偏愛（CPP）、條件位置厭惡(CPA)

• 外部控制實驗

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，更適用于避暗實驗、跳臺實驗、睡眠剝奪實驗、學(xué)習(xí)無助實驗、飲水電擊實驗、場景恐懼實驗等

四、技術(shù)特點

4.1 新一代行為識別算法

系統(tǒng)擁有多種功能強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)雜實驗環(huán)境下的行為實驗，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，適用于新手實驗員，能夠快速、準(zhǔn)確、自動識別實驗動物

• 灰度法，適合光線穩(wěn)定，實驗環(huán)境背景與被檢測動物色差明顯的實驗

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

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

• 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驗

4.2 多體位點識別技術(shù)

軟件對動物形體進行全局分析，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）四個特征點，并據(jù)此分析動物行為。

使用動物身體多個點模塊，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，動物鼻子與某個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驗，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。“頭部朝向區(qū)域”變量分析大鼠或小鼠頭部朝向感興趣點的程度角度。

軟件還可以使用身體多個點檢測來更準(zhǔn)確的分析進入迷宮或其他區(qū)域的前肢，并定義哪些身體點應(yīng)該進入前肢，以便將其計入指標(biāo)。后，該功能也是社會交互實驗研究的一個很好補充。

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驗動物的精細(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)時間內(nèi)的動物行為圖譜及時序圖；此模塊自動化可提高研究客觀性和有效性，因為其優(yōu)點多于人眼觀察。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，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）和實驗刺激（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)選項功能，可以自定義Event和Action，實現(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

舉個實驗案例，在使用光遺傳刺激進行行為研究時，實驗和硬件控制可以發(fā)揮很大的作用。可以根據(jù)動物行為或時間，利用實驗和硬件控制模塊來控制刺激。同時還可以記錄實驗期間出現(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實驗?zāi)K

系統(tǒng)包含了GLP模塊（GLP Module），可以實現(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驗員模式，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，同時可以開展動物行為“雙盲”實驗。

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

4.6全面實時功能

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

4.7實驗復(fù)檢功能

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

4.8區(qū)域進入判斷標(biāo)準(zhǔn)

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

4.9同步分析不同類別實驗

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

五、數(shù)據(jù)管理功能

5.1 實驗指標(biāo)統(tǒng)計

VisuTrack軟件支持分段檢索數(shù)據(jù)、分組統(tǒng)計數(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，也可以得到強大的統(tǒng)計處理功能，可以計算選中指標(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?。釄D、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，方便為用戶擴展定制個性化的實驗和測試指標(biāo)，目前，我們已經(jīng)定制了Morris水迷宮、曠場實驗、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?！钡男袨閷W(xué)實驗，并計算出“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

• 曠場實驗插件

• 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

• 強迫游泳實驗插件

• 懸尾實驗插件

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驗指標(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)模塊的三點識別的基礎(chǔ)上，引入了更加復(fù)雜的判斷機制來檢測動物頭部（鼻尖）是否有效接觸興趣物體，如頭部偏向、有效距離等。

6.3 曠場實驗插件

曠場實驗插件可以讓用戶進一步評價動物在曠場實驗箱里的跨格行為，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迷宮插件可以擴展讓用戶在Y迷宮實驗中，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)到每一個用戶定義的分析區(qū)域。

常規(guī)指標(biāo)：活動路程、逗留時間、運動速度

實驗指標(biāo)：各區(qū)域潛伏期（*進入時間）、進入次數(shù)、進入深度、路程比例

特色指標(biāo)：休息（靜止）時間、掙扎時間、Freezing時間、Freezing次數(shù)

探索指標(biāo)：頭部接觸次數(shù)、接觸時間、接觸潛伏期、接近時間、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、實驗儀器。

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，實驗儀器需要根據(jù)用戶的課題方向選配，如Morris水迷宮、高架十字迷宮、曠場實驗等。

  VisuTrack動物行為視頻分析軟件

相機建議黑白槍式攝像機，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)升級維護的能力。

VisuTrack軟件 3 年內(nèi)免費升級，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驗測試，我們秉承“一切為了實驗”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驗需求。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。

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