Obrazowanie termowizyjne do nieinwazyjnego badania stresu u nieskrępowanych ptaków

Ogólnym celem poniższej metody jest ocena, czy wolno żyjące zwierzę reaguje na natychmiastowy ostry stresor za pomocą obrazowania termicznego bez konieczności zajmowania się zwierzęciem. Osiąga się to poprzez zwabienie dzikiego ptaka przed kamerę termowizyjną. W drugim kroku ptak sam wchodzi do karmnika, w którym na linii bazowej temperatura skóry wokół oka ptaka jest rejestrowana za pomocą wideo termicznego.

Następnie karmnik jest zamykany za ptakiem działającym jako stresor, a temperatura skóry wokół ptasiego oka jest ponownie rejestrowana. Ostatecznie zmiany temperatury skóry między linią bazową a karmą pudełkową zamykają się, można porównać w celu określenia, czy zwierzę wykazuje reakcję stresową na zewnętrzny czynnik stresogenny. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak pomiar hormonów stresu, jest to, że jest ona nieinwazyjna, może być przeprowadzana u nieskrępowanych zwierząt, a nawet może wykazać dynamikę fizjologicznej reakcji na stres.

Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania z dziedziny ekologii, ochrony przyrody, biologii i dobrostanu zwierząt, takie jak to, czy zwierzęta doświadczają stresu. Zacznij od stworzenia zestawu do filmowania, w którym ptaki są zachęcane do ustawiania się przed kamerą. Ptak wchodzi do zestawu przez otwór w jednej ze ścian końcowych i ma dostęp do pożywienia w pobliżu przeciwległej ściany końcowej.

Aby przyzwyczaić ptaki do konfiguracji, zapewnij karmnikowi odpowiedni pokarm na kilka tygodni przed nagraniem. W tym czasie umieść atrapę statywu przed karmnikiem, aby ptaki również mogły przyzwyczaić się do aparatu. W dniu nagrania napełnij przezroczysty pojemnik z małym otworem pośrodku blatu tym samym pokarmem, który znajdował się w karmniku.

Następnie umieść pojemnik w podajniku pudełek i przymocuj sondę temperatury z małym kwadratem czarnej taśmy izolacyjnej o znanej emisyjności do jednego z rogów pudełka, tak aby pojawiła się na wszystkich zarejestrowanych obrazach. Następnie podłącz termoparę podłączoną do rejestratora temperatury w celu rejestrowania temperatury czarnej taśmy z rozdzielczością 0,1 stopnia Celsjusza co sekundę do laptopa. Następnie umieść kamerę termowizyjną w odległości 50 centymetrów od środka pudełka do karmienia i podłącz kamerę do laptopa.

Ustaw aparat tak, aby rejestrował obrazy średnio z szybkością 7,5 klatki na sekundę ze znacznikiem czasu i zapisywał obrazy na dysku twardym komputera. Następnie przymocuj żyłkę wędkarską do obrotowych drzwi zestawu i przetocz zestaw około 20 metrów od miejsca, w którym eksperymentator będzie ukryty przed wzrokiem ptaków, ale z ustawieniem nadal w zasięgu wzroku. Gdy ptak wejdzie do karmnika, pozostaw zwierzę w spokoju w boksie na około pięć sekund.

Następnie pociągnij żyłkę, aby zamknąć karmnik, uważając, aby ptak nadal znajdował się na drugim końcu pudełka, aby zminimalizować ryzyko obrażeń ptaka, gdy tylko karmnik zostanie zamknięty. Podejdź do zestawu i stój nieruchomo za kamerą przez około trzy minuty. Następnie wyjmij ptaka z pudełka i puść go.

Aby wyodrębnić maksymalną temperaturę obszaru oczu z każdej klatki, otwórz oprogramowanie do analizy termowizyjnej i kliknij dwukrotnie interesujący Cię film. Następnie dodaj nowy wykres dla maksimum obrazu i kliknij prawym przyciskiem myszy wykres, który eksportuje temperaturę i czas klatki w regionie I do pliku CSV A. Usuń wszystkie linie z ramek, w których obszar I ptaka nie był widoczny w pliku CSV.

Powtórzyć te czynności dla punktów o niskich wartościach wykraczających poza normalny zakres temperatury ciała dla ptaka. Dane te pozwolą na ręczną identyfikację skoków temperatury większych niż 0,2 stopnia Celsjusza pomiędzy dwoma kolejnymi odczytami, podczas których membrana zasilająca została naciągnięta na oko. Do pomiaru temperatury otoczenia.

Pobierz dane o czasie i temperaturze rejestratora z rejestratora temperatury i wyeksportuj je do arkusza kalkulacyjnego. Następnie w oprogramowaniu do analizy obrazu termicznego narysuj kwadrat na czarnej taśmie izolacyjnej pokrywającej sondę rejestratora temperatury Kliknij prawym przyciskiem myszy kwadrat i wybierz Dodaj nowy wykres, aby uzyskać średnią temperaturę kwadratu. Kliknij wykres prawym przyciskiem myszy, aby wyeksportować dane jako plik CSV.

Załaduj trzy pliki CSV. Maksymalna temperatura obszaru I z filmu termicznego, izolacja, temperatura taśmy z wideo termicznego i temperatura powietrza z rejestratora temperatury do R. Następnie połącz wszystkie trzy pliki. Oblicz różnicę między temperaturą czarnej taśmy kasującej obrazu termicznego a temperaturą powietrza rejestratora temperatury.

Następnie wprowadź poprawkę do danych dotyczących nieskalibrowanej temperatury oka, generując skalibrowaną maksymalną temperaturę obszaru oka dla każdej klatki. Następnie dodaj wartość 0,2 do temperatury każdego obszaru oka, aby skorygować efekt wykonywania zdjęć przez siatkę. Następnie, korzystając z algorytmu wyszukiwania szczytów, aby wyodrębnić najwyższe i najdokładniejsze punkty w danych, automatycznie przeprowadź automatyczne filtrowanie, aby usunąć wszelkie mniej dokładne wartości niskiej temperatury obszaru oka.

Ustandaryzuj czas reakcji na temperaturę oka między osobnikami, odejmując długość okresu wyjściowego w sekundach, tworząc zero sekund, punkt, w którym pułapka się zamknęła. Następnie ustandaryzowano długość każdego indywidualnego szeregu czasowego od maksymalnych temperatur obszaru oka zarejestrowanych przed zamknięciem pudełka. Wybierz najwyższą wartość, która będzie stanowić podstawową temperaturę okolicy oczu niezakłóconego ptaka.

Następnie ustandaryzowano dane dotyczące temperatury między osobami, odejmując temperaturę bazową, najwyższą temperaturę zmierzoną w okresie przed zamknięciem klapy od temperatur bezwzględnych za pomocą interpolacji liniowej. Zamknij luki pozostawione przez sekwencje, w których nie wyodrębniono piku i gdzie obszar oka nie był widoczny, co daje pojedynczą wartość temperatury na sekundę dla każdej osoby. Na koniec użyj istniejących poleceń R, aby wykreślić odchylenia maksymalnej temperatury obszaru oka od wyjściowej temperatury obszaru oka wszystkich osób po zamknięciu pułapki, wraz z bootstrapowanymi 95% przedziałami ufności.

Odsłonięta skóra wokół oka ma żółty kolor na obrazie termicznym, co wskazuje na najwyższą temperaturę obszaru ciała. Kolory pomarańczowy, czerwony, fioletowy i niebieski obserwowane na pozostałej części ciała oznaczają postępujące stopnie niższych temperatur w testach przeprowadzonych na 22. termicznych klipach wideo z niezakłóconymi, wolno żyjącymi sikorami niebieskimi przybywającymi i żerującymi w konfiguracji karmnika, ponieważ właśnie wykazano, że istnieją korelacje R większe niż 0,7 między maksymalną temperaturą obszaru oka zarejestrowaną w ciągu pierwszych pięciu sekund. W tym eksperymencie, po zamknięciu podajnika, temperatura obszaru oka spadła w ciągu pierwszych 10 sekund, osiągając minimalną temperaturę obszaru I około 1,3 stopnia Celsjusza poniżej temperatury podstawowej.

Średni spadek temperatury obliczony dla każdej osoby z osobna wynosił 2,0 plus minus 0,2 stopnia Celsjusza, przy czym najniższy punkt został osiągnięty po 9,4 plus minus 2,8 sekundy. W ciągu następnych dwóch do trzech minut zasięg oka i temperatura stopniowo rosły z powrotem w kierunku wyjściowego obszaru oka i temperatury, nie osiągając wartości wyjściowej pod koniec badania. Próbując wykonać tę procedurę, należy o tym pamiętać.

Można go użyć tylko do określenia, czy zwierzę jest pod wpływem stresu, czy nie. Potrzebne będą dalsze prace, aby ocenić, czy ta metoda może również mierzyć stopień stresu zwierzęcia. Nasza metoda może zademonstrować reakcję na ostry stres, więc na stresy natychmiastowe, przyszłe prace naszego laboratorium będą koncentrować się na reakcji na uporczywe i przewlekłe stresy.