Name: Bodźce generowane komputerowo na modelu zwierzęcym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-07-29T00:00:00.000+00:00
Duration: 26 min 43 s
Description: Poznaj tworzenie komputerowych animacji do badań nad zachowaniem zwierząt na modelu smoka Jacky. Ta metoda pozwala naukowcom studiować komunikację wizualną w sposób nieinwazyjny i precyzyjny.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Chciałbym podziękować Danielowi Van Dykowi z Centre for the Integrative Study of Animal Behaviour (CISAB) za ogromną pomoc w projektowaniu modelu oraz udostępnienie archiwalnych nagrań wideo. Christopher Evans (CISAB) zapewnił wsparcie techniczne, Daniel Warner (University of Sydney) dostarczył model taksydermiczny, a Richard Peters (Australian National University) opracował wczesne elementy projektu.

Projekt animacji
Skanowanie obiektu
Należy pozyskać preparat taksydermiczny jaszczurki. Model należy zeskanować za pomocą urządzenia Konica Minolta VI-9i, co pozwoli na uzyskanie obiektu 3D (pliki *.lwo oraz *.obj) w postaci pojedynczej siatki składającej się z 50 000 wielokątów. Oprogramowanie Lightwave® v8.3 zawiera dwa moduły wykorzystywane do animacji 3D: Modeller oraz Layout. Lightwave® Modeller służy do projektowania i manipulowania obiektem. Program Lightwave® Layout służy do tworzenia scen animacji. Lightwave® Modeller i Layout operują na trzech wymiarach pozycjonowania, orientacji i obrotu: odchyleniu w poziomie (Y), pochyleniu (X) oraz przechyle (Z).
Pozyskiwanie tekstury
Wykonaj zdjęcia żywej jaszczurki za pomocą cyfrowego aparatu Canon EOS 5D o rozdzielczości 12,8 megapiksela z dwóch kątów (frontalnego i ortogonalnego), trzech pozycji (frontalnej, ortogonalnej, brzusznej i grzbietowej) oraz trzech obszarów ciała (głowy, tułowia, ogona i kończyn) na białej kartce papieru w celu ustawienia balans białego dla standaryzacji kolorów. Połącz zdjęcia w programie Adobe® Photoshop® Elements 3.0.
Utwórz mapę UV typu Atlas w programie Lightwave® Modeller. Mapa UV rozdziela obiekt na łańcuchy połączonych wielokątów. Przechwyć obraz JPEG mapy UV Atlas za pomocą narzędzia Grab V1.2, aby utworzyć oddzielny plik obrazu JPEG. Osadź go jako warstwę tła w programie Adobe® Photoshop® Elements 3.0.
W programie Lightwave® Modeller zaznacz wielokąty na mapie UV Atlas, aby zidentyfikować konkretne obszary na jaszczurce. Wytnij wybrany obszar i nałóż go na tło w postaci pliku JPEG mapy UV Atlas. Gdy wszystkie fragmenty fotograficzne zostaną nałożone na plik JPEG mapy UV Atlas, usuń tło i utwórz pojedynczy plik TIFF. Zaimportuj plik TIFF do programu Lightwave® Modeller i przypisz współrzędne UV.
Implantacja skelegonów i kości
W programie Lightwave® Modeller zaprojektowano i osadzono skelegony. Skelegony pełniły rolę elementów zastępczych dla kości. Należy utworzyć 61 kości. Należy stworzyć skelegony naśladujące liczbę kręgów u jaszczurki z rodzaju Jacky, z jednym dużym skelegonem służącym do symulacji głowy. Następnie należy utworzyć wirtualny kręgosłup, od szyi aż do końca ogona. Kończyny przednie, z których każda składa się z czterech skelegonów, należy połączyć z kręgosłupem. Po utworzeniu wszystkich skelegonów cały obiekt należy przesłać do modułu Lightwave® Layout, gdzie skelegony zostaną przekształcone w kości.
Dodawanie cieniowania wagowego
Niezależne mapy wag mają zakres wartości od –100% do +100%, aby równomiernie rozłożyć ruch. Wyznacz kończyny, ogon i głowę za pomocą dodatnich (+) wartości mapy wag. Nadaj ciału ujemną (-) wartość mapy wag.
Przechwytywanie bodźców z archiwalnych nagrań wideo
Archiwalne nagrania jaszczurek wyświetlano za pomocą cyfrowego rejestratora wideo Sony MiniDV w systemie PAL na monitorze Sony Trinitron jaszczurce przebywającej w terrarium (w celu uzyskania pierwotnych nagrań wideo patrz: Ord i Evans, 2002; Ord, Peters, Evans i Taylor, 2002; Van Dyk i Evans, 2007). Reakcje jaszczurek rejestrowano za pomocą cyfrowej kamery Canon (MV650i) umieszczonej w odległości około jednego metra od terrarium. Wielkość jaszczurek została dostosowana do reprezentatywnego rozmiaru grzędy na monitorze wyświetlającym. Eksport wykonano jako poszczególne sekwencyjne obrazy JPEG w programie Apple Quicktime™ v7.0.
Rotoskoping w celu replikacji bodźca
„Rotoskopiowanie” to technika, w której animacja obiektu jest nakładana klatka po klatce na pierwszy plan sekwencji tła (Gatsey, Middleton, Jenkins, &amp; Shubin, 1999). Prześlij animację do programu Lightwave® Layout, gdzie można kontrolować oświetlenie, kamerę, obiekt oraz charakterystykę tła dla danej sceny. Wybierz wzorce ruchowe z archiwalnego wideo cyfrowego i wyeksportuj je jako sekwencję obrazów (JPEG) przy użyciu programu Apple QuickTime™ Player 7.0. Obiekt musi znajdować się w polu widzenia kamery. Zaimportuj pierwszy plik JPEG z sekwencji obrazów jako tło. Manipuluj obiektem za pomocą kości i nałóż go w aktualnej pozycji, która odpowiada obrazowi tła. Każda klatka powinna zostać zapisana jako klatka kluczowa („keyframed”), aby utrwalić pozycję obiektu. Zastąp obraz tła kolejnym obrazem z sekwencji i przesuń obiekt do nowej pozycji. Powtarzaj ten proces aż do zakończenia sekwencji.
Renderowanie sekwencji w celu ukończenia
Duże fragmenty sekwencji lub przetwarzanie wsadowe są renderowane przy użyciu Render Farm Commander v2.9. Render Farm Commander (RFC) łączy komputery w celu utworzenia serii procesorów, co przyspiesza renderowanie. Do rozdzielenia renderowania wykorzystano cztery dwurdzeniowe procesory Apple Mac G5 (osiem wątków), co skróciło czas pracy do czterech godzin. Wszystkie sekwencje utrzymano w standardzie PAL-DV (rozdzielczość 720 ¥ 576 pikseli; kompresja 5:1; rozdzielczość pozioma 575 linii; 25 frames s-1).

<ol><li>Gatesy, S. M., Middleton, K. M., Jenkins, F. A., Shubin, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+preservation+of+foot+movements+in+Triassic+theropod+dinosaurs%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional preservation of foot movements in Triassic theropod dinosaurs.</a> Nature. 399, 141-144 (1999).</li>
<li>Newtek, Inc, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lightwave+%5B8%5D+Reference+Manual%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Lightwave [8] Reference Manual.</a> , Newtek, Inc. San Antonio, Texas. (2004).</li>
<li>Ord, T. J., Evans, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interactive+video+playback+and+opponent+assessment+in+lizards%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Process%22%5BJournal%5D)">Interactive video playback and opponent assessment in lizards.</a> Behav. Process. 59, 55-65 (2002).</li>
<li>Ord, T. J., Peters, R. A., Evans, C. S., Taylor, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+video+playback+and+visual+communication+in+lizards%5BTitle%5D)+AND+%22Anim.+Behav%22%5BJournal%5D)">Digital video playback and visual communication in lizards.</a> Anim. Behav. 63, 879-890 (2002).</li>
<li>Rosenthal, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+considerations+and+techniques+for+constructing+video+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Ethol%22%5BJournal%5D)">Design considerations and techniques for constructing video stimuli.</a> Acta Ethol. 3, 49-54 (2000).</li>
<li>Van Dyk, D. A., Evans, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Familiar-unfamiliar+discrimination+based+on+visual+cues+in+the+Jacky+dragon%2C+Amphibolurus+muricatus%5BTitle%5D)+AND+%22Anim.+Behav%22%5BJournal%5D)">Familiar-unfamiliar discrimination based on visual cues in the Jacky dragon, Amphibolurus muricatus.</a> Anim. Behav. 74, 33-44 (2007).</li>
</ol>

Finansowanie zostało zapewnione przez CISAB, stypendium dla doktorantów Wydziału Psychologii Uniwersytetu Macquarie oraz Australijską Radę Badawczą (Australian Research Council). Badania przeprowadzono zgodnie z wytycznymi etycznymi Komitetu Etyki Badań nad Zwierzętami Uniwersytetu Macquarie (2003/014) oraz Służb Parków Narodowych i Dzikiej Przyrody Nowej Południowej Walii (S11024).

Animacje generowane komputerowo stają się coraz popularniejszym narzędziem w badaniach nad komunikacją w zachowaniu zwierząt. Wykorzystując techniki animacji, badacze mogą skupić się na konkretnych aspektach projektowania sygnałów oraz manipulować cechami, których wcześniej nie można było badać ze względu na ograniczenia technologiczne. Choć konwencjonalne, aranżowane spotkania zwierząt nadal służą do demonstrowania zasad teoretycznych, techniki animacji zapewniają obecnie zaawansowane narzędzie do analizy bardziej szcze...

<table><tbody><tr><td>Nowy przedmiot</td><td>Aparat cyfrowy</td><td>Konica Minolta Holdings, Inc.</td><td>VI-9i</td><td>Używany do pozyskania siatki 3D (wykonane przez New Dawn&amp;#174; - Bexley North, NSW Australia)</td></tr><tr><td>Lightwave&amp;#174; 3D</td><td>Program komputerowy</td><td>NewTek Inc.</td><td>v8.3</td><td>Do tworzenia animacji</td></tr><tr><td>Canon</td><td>Aparat cyfrowy</td><td>Canon, inc.</td><td>EOS 5D</td><td>12,8 megapiksela</td></tr><tr><td>Grab</td><td>Program komputerowy</td><td>Apple</td><td>v1.2</td><td>Ekstrakcja tekstur z fotografii i mapowanie UV</td></tr><tr><td>Adobe&amp;#174; Photoshop&amp;#174; Elements</td><td>Program komputerowy</td><td>Adobe</td><td>v3.0</td><td>Ekstrakcja tekstur z fotografii</td></tr><tr><td>Render Farm Commander</td><td>Program komputerowy</td><td>Bruce Rayne&amp;#169;</td><td>v2.9</td><td>Masowe renderowanie w sieci lokalnej</td></tr><tr><td>Mac Pro</td><td>Komputer</td><td>Apple</td><td></td><td>Cztery procesory podwójne (osiem wątków); tworzenie i renderowanie animacji</td></tr><tr><td>Sony MiniDV</td><td>Cyfrowy rejestrator wideo</td><td>Sony Corporation</td><td>GV-D300E</td><td>Odtwarzanie bodźców podczas pozyskiwania bodźców</td></tr><tr><td>Sony Trintron</td><td>Kolorowy wizjer</td><td>Sony Corporation</td><td>PVM-14M2A</td><td>Monitor do pozyskiwania bodźców</td></tr><tr><td>Canon</td><td>Cyfrowa kamcorder</td><td>Canon, inc.</td><td>MV650i</td><td>Rejestracja zachowania podczas pozyskiwania bodźców</td></tr></tbody></table>

komputerowo generowane bodźce dla modeli zwierzęcych

Computer-Generated Animal Model Stimuli

Komunikacja między zwierzętami jest różnorodna i złożona. Zwierzęta mogą komunikować się za pomocą sygnałów słuchowych, sejsmicznych, chemosensorycznych, elektrycznych lub wizualnych. W szczególności dużym zainteresowaniem cieszyło się zrozumienie ograniczeń w projektowaniu sygnałów wizualnych służących do komunikacji. Tradycyjne metody badania interakcji zwierząt opierały się na podstawowych technikach obserwacyjnych, aranżowanych spotkaniach lub fizycznej manipulacji morfologią. Mniej inwazyjne metody próbowały symulować obecność osobników tego samego gatunku przy użyciu prymitywnych narzędzi odtwarzania, takich jak lustra, nieruchome obrazy lub modele. Wraz z rozwojem technologii odtwarzanie wideo stało się kolejnym narzędziem służącym do badania komunikacji wizualnej (Rosenthal, 2000). Jednak aby pójść o krok dalej, zastosowanie animacji komputerowej pozwala obecnie badaczom na precyzyjne wyizolowanie krytycznych komponentów niezbędnych do wywołania reakcji społecznych u osobników tego samego gatunku oraz na manipulowanie tymi cechami w celu kontrolowania interakcji. W niniejszym materiale szczegółowo opisuję proces tworzenia animacji z wykorzystaniem jaszczurki z rodzaju Calotes (Jacky dragon) jako modelu, jednak proces ten można dostosować do innych gatunków. Podczas tworzenia animacji zdecydowałam się użyć oprogramowania Lightwave 3D do zmiany morfologii obiektów, dodawania tekstury, instalowania kości oraz zapewnienia odpowiedniego cieniowania masy, które zapobiega przesadnym ruchom. Następnie animacja jest dopasowywana do wybranych wzorców ruchowych, aby odtworzyć krytyczne cechy ruchu. Na koniec sekwencja musi zostać wyrenderowana do pojedynczego klipu w celu prezentacji. Choć istnieją inne możliwe do zastosowania techniki, ta konkretna metoda okazała się skuteczna w wywoływaniu zarówno reakcji rzucających się w oczy, jak i reakcji społecznych w aranżowanych interakcjach.

Bodźce wygenerowane komputerowo z wykorzystaniem smoka Jacky jako modelu.

Komputerowo generowane bodźce dla modeli zwierzęcych

Komunikacja między zwierzętami jest różnorodna i złożona. Zwierzęta mogą komunikować się za pomocą sygnałów słuchowych, sejsmicznych, chemosensorycznych, elektrycznych lub wizualnych. W ...

Witam, nazywam się Kevin w z Centrum Zintegrowanych Badań nad Zachowaniem Zwierząt na Uniwersytecie Macquarie w Sydney w Australii. W tym artykule w formie wideo będę mówił o zastosowaniu animacji komputerowych w eksperymentach nad zachowaniem zwierząt. W szczególności opowiem o tym, jak w rzeczywistości tworzymy jeden z takich modeli.Obecnie animacje stają się bardzo popularne w naszej współczesnej kulturze, jednak nie spotykamy ich zbyt często w nauce lub w badaniach naukowych. Wczesne próby tworzenia animacji naukowych opierały się na bardzo podstawowych procesach, które często polegały na plastrowaniu i skanowaniu konkretnych części obiektu lub preparatu; stosowano również techniki podobne do analizy ruchu biologicznego, takie jak punkty świetlne, aby dopasować określone części ciała do animacji. Co więcej, aby stworzyć taką animację, ktoś musiałby opracować ją całkowicie od podstaw.Zastosowanie animacji pozwoliło nam zbadać wiele aspektów zachowań zwierząt, takich jak kopulacja, zaloty, a w szczególności zajmę się tutaj komunikacją, a konkretnie komunikacją wizualną. Wykorzystanie animacji jest znacznie bardziej zaawansowane niż tradycyjne metody, takie jak obserwacje interakc

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Stymulatory komputerowego modelu zwierzęcia

W niniejszym raporcie przedstawiamy w pełni zautomatyzowany i wysoce wszechstronny system umożliwiający jednoczesne badanie wielu zachowań poznawczych oraz rejestrację aktywności neuronów u gryzoni.

W pełni zautomatyzowany i wysoce wszechstronny system do badania wielorakich funkcji poznawczych i rejestracji aktywności neuronalnej u gryzoni

Opisano procedurę optogenetycznej manipulacji aktywnością neuronów piramidowych kory mózgowej przy jednoczesnym monitorowaniu elektroencefalogramu, elektromiogramu oraz stężenia mleczanu w mózgu. Rejestracje eksperymentalne są przeprowadzane u myszy z podłączonymi przewodami podczas spontanicznych cykli snu i czuwania. Sprzęt do optogenetyki został zbudowany w naszym laboratorium; sprzęt pomiarowy jest dostępny w sprzedaży.

Symultaniczna elektroencefalografia, pomiar stężenia mleczanu w czasie rzeczywistym i optogenna manipulacja aktywnością neuronalną w korze mózgowej gryzoni

Źródło: Zhao, Z. i wsp. Inwazyjna metoda aktywacji zakrętu zębatego myszy poprzez stymulację o wysokiej częstotliwości. J. Vis. Exp. (2018)Ten film demonstruje protokół dostarczania głębokiej stymulacji mózgu o wysokiej częstotliwości do zakrętu zębatego hipokampa myszy, szczegółowo opisując jego wpływ na aktywację neuronów, plastyczność synaptyczną i neurogenezę.

Stymulacja o wysokiej częstotliwości w celu zwiększenia aktywacji neuronów i neurogenezy w zakręcie zębatym myszy

Ten film demonstruje protokół modulacji oscylacji theta w genetycznie zmodyfikowanym modelu myszy z światłoczułymi kanałami jonowymi w neuronach przegrody przyśrodkowej GABA-ergiczne. Dostarczając impulsy świetlne do hipokampa, protokół ma na celu synchronizację aktywności neuronalnej i generowanie oscylacji theta, które są rejestrowane jako lokalne potencjały pola.

Selektywna manipulacja oscylacjami theta w modelu mysim

Ten film demonstruje działanie stymulacji w pętli zamkniętej u szczura z chirurgicznie wszczepionym urządzeniem do rejestrowania aktywności neuronalnej. Sygnały neuronalne są najpierw rejestrowane i analizowane. Następnie przesyłane są przebiegi szablonowe, a parametry są definiowane w celu wyzwolenia stymulacji w pętli zamkniętej.

Wyzwalanie stymulacji w pętli zamkniętej przez aktywność neuronów

Aby wyjaśnić skomplikowane przejście od lokalnych potencjałów pola (LFP) do skoków, zbudowano odpowiedni stymulator dla lekkich mechanicznych bodźców peryferyjnych. Jako zastosowanie, czynności związane z impulsami zarejestrowanymi przez korę somatosensoryczną zostały przeanalizowane za pomocą wielocelowej strategii optymalizacji. Wyniki pokazały, że proponowany stymulator był w stanie dostarczać bodźce dotykowe z dokładnością do milisekund i milimetrów.

Proste urządzenie stymulujące do wywoływania punktowych bodźców dotykowych: szperacz do przejść LFP do skoków

Opisujemy protokoły szkolenia szczurów do przewlekłych zapisów elektrofizjologicznych w pełni zautomatyzowanych zadaniach poznawczych w labiryncie projekcji podłogowej.

Zautomatyzowane wizualne zadania poznawcze do rejestrowania aktywności neuronalnej za pomocą labiryntu projekcji podłogowej

Ten protokół pokazuje, jak używać systemu elektrofizjologicznego do stymulacji w pętli zamkniętej wywołanej wzorcami aktywności neuronalnej. Dostępny jest również przykładowy kod Matlab, który można łatwo modyfikować dla różnych urządzeń stymulacyjnych.

Wykorzystanie aktywności neuronów do wyzwalania bodźców w pętli zamkniętej w eksperymentach neurofizjologicznych

Dzięki optogenetycznej manipulacji określonych populacji neuronów lub obszarów mózgu, zachowanie może być modyfikowane z wysoką rozdzielczością czasową i przestrzenną u swobodnie poruszających się zwierząt. Stosując różne narzędzia optogenetyczne w połączeniu z przewlekle wszczepionymi światłowodami, można przeprowadzić różnorodne modulacje neuronalne i testy behawioralne.

Optogenetyczna manipulacja aktywnością neuronalną w celu modulacji zachowania u swobodnie poruszających się myszy

Prezentujemy metodę elastycznej chemicznej i multimodalnej stymulacji oraz rejestrowania jednoczesnej aktywności neuronalnej wielu robaków Caenorhabditis elegans. Metoda ta wykorzystuje mikrofluidykę, sprzęt i oprogramowanie typu open source oraz nadzorowaną automatyczną analizę danych, aby umożliwić pomiar zjawisk neuronalnych, takich jak adaptacja, hamowanie czasowe i przesłuchy bodźców.

Zautomatyzowana stymulacja multimodalna i jednoczesna rejestracja neuronów z wielu małych organizmów

Protokół ten przedstawia skrzynkę behawioralną opartą na mikrokontrolerze do oceny hamowania przedimpulsowego (PPI) poprzez zbieranie danych o przyspieszeniu z czujnika znajdującego się pod skrzynką. Dane te oceniają deficyty bramkowania sensorycznego u społecznie izolowanych szczurów, z dodatkową metodą synchronizacji danych z aktywnością neuronalną w celu przyspieszenia badań neurofizjologicznych nad zaburzeniami zachowania.

Opracowanie pudełka behawioralnego do oceny hamowania prepulsu i aktywności neuronalnej w psychiatrycznych modelach zwierzęcych

Poznaj tworzenie komputerowych animacji do badań nad zachowaniem zwierząt na modelu smoka Jacky. Ta metoda pozwala naukowcom studiować komunikację wizualną w sposób nieinwazyjny i precyzyjny.

Komputerowo generowane bodźce dla modeli zwierzęcych

Przeglądaj więcej filmów