一、系統(tǒng)介紹
1.VisuTrack小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)是上海欣軟信息科技有限公司自主開發(fā)的新一代系統(tǒng)，集視頻采集、行為學(xué)實(shí)驗(yàn)觀察、行為學(xué)實(shí)驗(yàn)分析、指標(biāo)記錄以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為一體，VisuTrack小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)擁有更加人性化的實(shí)驗(yàn)文件結(jié)構(gòu)、豐富實(shí)用的可擴(kuò)展插件、同步第三方軟件的輸入輸出控制模塊以及前沿的圖像識(shí)別算法。
VisuTrack小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)的行為識(shí)別技術(shù)（Behavior Recognition）解決了 What, Where, When 以及與生物信號(hào)的整合問題。與在空間上把動(dòng)物減低到一個(gè)點(diǎn)（通常是質(zhì)心）并僅是跟蹤這個(gè)點(diǎn)的視頻跟蹤技術(shù)（video tracking）不同，VisuTrack小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)的行為識(shí)別技術(shù)（Behavior Recognition）可以區(qū)分動(dòng)物身體各部分（如頭，尾，前軀中心，身體重心，四肢等）以及動(dòng)物的復(fù)雜精細(xì)動(dòng)作。以此為基礎(chǔ)，行為識(shí)別技術(shù)能自動(dòng)識(shí)別復(fù)雜的動(dòng)物行為，即動(dòng)物在做什么；而目前其他國內(nèi)的的視頻軌跡跟蹤技術(shù)只能用于檢測動(dòng)物在哪里。行為識(shí)別技術(shù)能捕捉的復(fù)雜的、自然的、和刻板的如下行為：
What—?jiǎng)游镌谧鍪裁?br /> When—?jiǎng)游锸裁磿r(shí)候做這個(gè)動(dòng)作
Where—?jiǎng)游镌谀睦镒?br /> I/O Module—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小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)提供整合方案和模塊寫入等方式同步實(shí)時(shí)分析。

二、系統(tǒng)模塊組成
VisuTrack小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)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）
包括轉(zhuǎn)圈（Circling）、理毛（Grooming）以及嗅探（Sniffing）等的復(fù)雜精細(xì)行為模塊
VisuTrack小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)一個(gè)完全利用第三代行為學(xué)技術(shù)—行為識(shí)別技術(shù)的優(yōu)良系統(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)提供豐富的參數(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(dòng)、O迷宮、明暗箱（黑白箱）
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)
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)無助實(shí)驗(yàn)、飲水電擊實(shí)驗(yàn)、場景恐懼實(shí)驗(yàn)、家居行為等。
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(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：
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)
色度法，適合顏色輔助標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)
深度學(xué)習(xí)模型法，無需輔助標(biāo)記，便可區(qū)分動(dòng)物ID號(hào)，且可以準(zhǔn)確識(shí)別動(dòng)物的任意關(guān)鍵點(diǎn)
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。

4.3 復(fù)雜精細(xì)行為檢測
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,支撐站立,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(dòng)物行為圖譜；

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小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)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。系統(tǒng)可以依據(jù)行為條件發(fā)出TTL/SDI信號(hào)的控制命令，自動(dòng)控制外部硬件，例如控制水迷宮平臺(tái)的升降，控制八臂迷宮的門開啟，控制電刺激等操作。

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?br /> 4.6實(shí)時(shí)功能
軟件具有實(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小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)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。系統(tǒng)可自動(dòng)計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、標(biāo)準(zhǔn)誤差、方差、潛伏期等數(shù)據(jù)，可自動(dòng)生成餅圖、曲線圖，柱狀圖等。

5.2 曲線軌跡展示
VisuTrack小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)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、熱圖以及3D活動(dòng)量圖。

六、豐富的插件功能
VisuTrack小動(dòng)物行為學(xué)分析系統(tǒng)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)、新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)以及Y迷宮等插件模塊，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(shí)驗(yàn)，并計(jì)算出“與眾不同”的行為學(xué)指標(biāo)參數(shù)。
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 新物體識(shí)別插件
新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)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)制來檢測動(dòng)物頭部（鼻尖）是否有效接觸興趣物體，如頭部偏向閾值。

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(píng)價(jià)動(dòng)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(jí)、近壁距離等。
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(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、測試指標(biāo)
我們?yōu)橛脩籼峁┝朔浅ＸS富的動(dòng)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(dòng)物行為信息。所有的測試指標(biāo)都**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、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