VisuTrack動(dòng)物行為分析系統(tǒng)

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

介紹資料

一,、系統(tǒng)介紹

VisuTrack動(dòng)物行為分析系統(tǒng)用于自動(dòng)跟蹤和分析動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)、活動(dòng)和行為,，并提供變量,，如運(yùn)動(dòng)速度、距離,、區(qū)域活動(dòng)情況等,。VisuTrack不僅采用動(dòng)物軀體部位劃分技術(shù)，嚴(yán)格區(qū)分動(dòng)物的身體輪廓中心,、動(dòng)物的鼻尖以及尾根,，而且*應(yīng)用AI圖像識(shí)別跟蹤技術(shù)，通過學(xué)習(xí)和模擬海量的動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)原始視頻,，真正實(shí)現(xiàn)了全程動(dòng)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(tái),，可用于*自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)研究,，提高效率并減少人為錯(cuò)誤。VisuTrack作為平臺(tái),，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(hào)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(tái),。

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(shí)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(shí)驗(yàn)的需要，同時(shí)提供參數(shù),，提高檢測(cè)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(chǎng)實(shí)驗(yàn),、自發(fā)活動(dòng)、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(shí)別實(shí)驗(yàn),、動(dòng)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(tái)實(shí)驗(yàn),、睡眠剝奪實(shí)驗(yàn),、學(xué)習(xí)無(wú)助實(shí)驗(yàn)、飲水電擊實(shí)驗(yàn),、場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)等

四,、技術(shù)特點(diǎn)

4.1 新一代行為識(shí)別算法

系統(tǒng)擁有多種功能強(qiáng)大的動(dòng)物檢測(cè)及消除噪音的檢測(cè)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(dòng)物的大小,、Animal Color 動(dòng)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(dòng)閾值,、手動(dòng)閾值、復(fù)雜閾值（既白又黑）,、頭部朝向閾值等：

• AI智能識(shí)別法,，適用于新手實(shí)驗(yàn)員，能夠快速,、準(zhǔn)確,、自動(dòng)識(shí)別實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

• 灰度法，適合光線穩(wěn)定,，實(shí)驗(yàn)環(huán)境背景與被檢測(cè)動(dòng)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(duì)固定的實(shí)驗(yàn)

• 動(dòng)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(huì)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(dòng)物顏色與背景差異較小的實(shí)驗(yàn)

4.2 多體位點(diǎn)識(shí)別技術(shù)

軟件對(duì)動(dòng)物形體進(jìn)行全局分析,，以檢測(cè)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(dòng)物行為。

使用動(dòng)物身體多個(gè)點(diǎn)模塊,，軟件可以識(shí)別動(dòng)物的鼻尖和尾根,，當(dāng)研究大鼠或小鼠的記憶時(shí)，動(dòng)物鼻子與某個(gè)物體的接近或動(dòng)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(shí)別實(shí)驗(yàn),，即研究動(dòng)物對(duì)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(dòng)物頭部的活動(dòng),?！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(cè)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(huì)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(cè)

系統(tǒng)可以全自動(dòng)分析更多實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的精細(xì)行為, 如爬行/靜止/原地微動(dòng),擺頭/甩頭,理毛修飾,轉(zhuǎn)圈,站立,靠邊行走,，嗅探，伸長(zhǎng),，身體彎曲等,，并可以生成相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的動(dòng)物行為圖譜及時(shí)序圖；此模塊自動(dòng)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(duì)相同行為評(píng)分,。特別是提高了長(zhǎng)期觀察的有效性。人眼觀察會(huì)疲憊,，對(duì)幾分鐘的視頻的行為評(píng)分可能需要數(shù)小時(shí),，而精細(xì)行為插件功能可以自動(dòng)判斷，永遠(yuǎn)不會(huì)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(hào)（腦電圖,、血壓、神經(jīng)元活動(dòng),、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(dòng)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,。可以根據(jù)動(dòng)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(duì)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(dòng)物行為“雙盲”實(shí)驗(yàn),。

針對(duì)于學(xué)校構(gòu)建動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)室平臺(tái),，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(dòng)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(dòng)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(cè)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(duì)檢測(cè)的事件可以通過點(diǎn)擊來自動(dòng)回/播放相應(yīng)事件對(duì)應(yīng)的視頻，便于校驗(yàn),；可調(diào)整分析參數(shù),，對(duì)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(wú)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(dòng)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(dòng)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(tái)電腦上同一時(shí)刻在線或離線分析不同的動(dòng)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(píng)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(huì)自動(dòng)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(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)公共平臺(tái)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(chǎng)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(dòng)物活動(dòng)軌跡可視化展現(xiàn)方式：軌跡圖,、軌跡矢量圖（支持多倍無(wú)損放大/縮?。釄D,、3D熱圖,、二維活動(dòng)量圖以及三維活動(dòng)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(cè)試指標(biāo)，目前,，我們已經(jīng)定制了Morris水迷宮,、曠場(chǎng)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(chǎng)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(cè)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(shí)別的基礎(chǔ)上,，引入了更加復(fù)雜的判斷機(jī)制來檢測(cè)動(dòng)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)插件

曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)插件可以讓用戶進(jìn)一步評(píng)價(jià)動(dòng)物在曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)箱里的跨格行為,，比如跨格次數(shù)和跨格等級(jí)、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(cè)動(dòng)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(cè)試指標(biāo)

我們?yōu)橛脩籼峁┝朔浅ＸS富的動(dòng)物行為測(cè)試參數(shù),，通過這些參數(shù)可以幫助用戶分析各類動(dòng)物行為信息。所有的測(cè)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(dòng)路程,、逗留時(shí)間、運(yùn)動(dòng)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(zhǎng),、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(jí),、支撐站立、搜索策略,、自定義區(qū)域周邊活動(dòng)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)等,。

  VisuTrack動(dòng)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(jí)

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

VisuTrack軟件 3 年內(nèi)免費(fèi)升級(jí),，不升級(jí)不會(huì)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(jí),。

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(guó)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(dòng)物行為分析系統(tǒng)，可以適用于幾乎所有的動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)測(cè)試,，我們秉承“一切為了實(shí)驗(yàn)”的宗旨,，將會(huì)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(dòng)物日常行為監(jiān)測(cè)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(hào)和公眾號(hào)咨詢：