Behavior Atlas三维动物行为智能分析系统-显微镜|光纤|激光器|测量仪器|定制滤光片|泮桥成像光电商城

产品介绍

1.产品功能

Behavior Atlas三维动物行为智能分析系统（下称“Behavior Atlas”）是计算机科学应用在实验动物领域的跨时代高新技术产品，致力于为科研人员、药物开发研究人员、动物实验人员提供更智能、更高效、更便捷的动物实验及数据分析系统。

Behavior Atlas系统将计算机视觉和深度学习技术结合，从多个视角对动物行为进行拍摄并追踪动物身体的关键点，重建为三维运动骨架序列，从中利用基于深度学习的算法检测动物的行为序列（例如：行走、跑、转向、站立、抓挠等）。

2.产品优势

Behavior Atlas系统优势在于：

系统能自动识别分析近50种动物行为。其中包括使用传统方法极难发现的grooming、hunching等行为。对时间片段较短的动物行为算法也能较好的识别（最短识别出平均时长1.7s的行为），大量丰富行为图谱；
充分考虑到动物实验过程中的实际操作问题，可兼容啮齿类动物的多种行为箱，并能同步进行电生理、光学成像以及光遗传等实验；
系统整体提供一站式便捷服务，所有系统调整（包括3D定标、关键部位提取、数据分析）都可以一键完成。基于深度学习的行为分析算法部署在云平台，自动进行持续学习和更新。

3.工作流程

Behavior Atlas系统由数据采集系统、3D建模工作站、数据学习分析平台三部分组成。工作流程如下：

用户可根据自身情况，选择采购使用3D建模工作站统，对视频数据进行3D建模预处理，再上传分析（适用于实验频次多、数据量较大的情况）；也可直接把原始视频数据上传到云平台进行分析（单次传输和运算成本较高，适用于实验频次低、数据量较少的情况）。

4.产品参数

4.1 数据采集系统

内部空间尺寸为850×850×700mm，采用4摄像头按图像分辨率720p同步采集，每秒30帧，帧间误差延时不超过±10%。
采集空间3D定标由用户操作一键完成。
硬盘可保留160T数据。
实验视频录制完成后，可使用移动硬盘、局域网等方法导出到3D建模工作站，也可直接上传到数据学习分析平台（云平台）进行分析。

4.2 3D建模工作站

配备适用于3D计算的高算力工作站。预部署Behavior Atlas视频编辑与3D建模软件。
可接受移动硬盘、局域网等方法传输的实验视频数据，一键完成建模，形成3D数据序列。
用户手动上传3D数据序列上数据学习分析平台进行分析，在线获取分析报告。

3D模型构建示意图

4.3 数据学习分析平台

部署动物行为算法，接受用户上传数据，在线提供分析报告并提供下载，简单易用。
算法基于机器学习，持续自我优化。
云平台还提供即时通讯、文件系统、团队管理、项目管理、数据加密等功能，方便用户以项目组形式进行协作。

从高维连续行为特征到行为表型鉴定示意图

应用案例

中科院深圳先进技术研究院黄康、蔚鹏飞博士等技术团队论文《Mapping Mouse Behavior with an Unsupervised Spatio-temporal Sequence Decomposition Framework》预印版已经发表在BioRxiv：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.09.14.295808v2.full

论文使用本分析系统对Shank3突变型小鼠异常行为进行了鉴定，采集了Shank3-/-（KO）和WT各6只小鼠的旷场行为，共12组数据，每组15分钟。

统计12只小鼠的行为活动占比：发现这两组小鼠有两类行为存在显著差异；结合事后观察，这两类行为为self-grooming和hunching。KO小鼠的这两类行为相比WT出现更为频繁。

Shank3突变小鼠的Self-grooming增多是以前广为报道的，但Hunching行为的增加很少有研究提到。可能原因在于Self-grooming单次出现持续时间长(7.13±7.81 s)，Hunching更短(1.47±0.31s)，所以在无论是人为观察，还是自动分析算法都容易忽视掉此差异。

使用本分析系统所得结论，是首次在Shank3突变小鼠上观察到的新的行为Marker。