Długoterminowe śledzenie wideo zwierząt wodnych trzymanych w jednym pomieszczeniu: studium przypadku dziennej aktywności lokomotorycznej homarca norweskiego (Nephrops norvegicus)

Protokół ten pozwala na automatyzację śledzenia wielu zwierząt. Używanie prostej etykiety do identyfikacji każdego zwierzęcia narzędzia do analizy tożsamości w celu wykrycia znaczników. Protokół ten znacznie zmniejsza liczbę godzin potrzebnych do analizy nagrań wideo przy użyciu danych leskey.

w celu oszacowania dokładniejszych ukończeń badań eksperymentalnych. Zwierzęta w innych środowiskach, które mogą być oznaczone w podobny sposób, mogą być śledzone za pomocą podobnych protokołów, co ma zastosowanie w chronobiologii, ekologii, badaniach wirusowych lub neurobiologii. Dostarczyliśmy projekt sprzętu i język programowania open source oraz dostarczyliśmy model, który zalecamy użytkownikom przyjąć w protokołach do nauki języka programowania Python.

Aby skonstruować zawieszkę dla docelowego zwierzęcia, najpierw wytnij cztery koła o średnicy 40 milimetrów z czarnego plastikowego arkusza oraz dwa trójkąty równoboczne o boku 26 milimetrów i dwa koła o średnicy 26 milimetrów z białego plastikowego arkusza PCV. Zaznacz środek jednego białego trójkąta i jednego białego koła. I zrób 10-milimetrowy otwór przy każdym znaku.

Następnie przyklej jeden biały kształt do środka każdego z czterech czarnych kółek. Aby ustawić obszar eksperymentalny, umieść ciemne diody LED na podczerwień w zbiorniku. Utrzymuj światła podczerwone włączone przez cały czas.

Następnie umieść niebieskie światła LED w zmodyfikowanym zbiorniku z włókna szklanego zawierającym piasek i cztery elastyczne nory rur PVC i podłącz światła do urządzenia do zarządzania okresem fotograficznym. Po umieszczeniu wszystkich świateł umieść wlot schłodzonej wody morskiej w jednym rogu zbiornika, a odpowiedni wylot w przeciwległym rogu. Sprawdź, czy dopływ wody morskiej jest ustawiony na natężenie przepływu około 4 litrów na minutę.

Otocz komorę czarną kurtyną, aby zapewnić pełną izolację od światła zewnętrznego. Umieść statyw wyposażony w kamerę internetową z boku areny eksperymentalnej, tak aby kamera znajdowała się 130 centymetrów nad i na środku areny eksperymentalnej. Podłącz kamerę do komputera poza kurtyną i dostosuj parametry nagrania wideo zgodnie z charakterystyką gatunku, upewniając się, że utworzyłeś znacznik czasu, w tym datę w filmie poklatkowym, w celu ostatecznej oceny behawioralnej.

Aby oznaczyć zwierzęta, dodaj wodę o temperaturze 7 stopni Celsjusza do lodówki z zanurzonymi komorami i umieść 4 homary w 4 oddzielnych przegródkach. Po pozostawieniu homarom aklimatyzacji przez około 30 minut, przenieś jednego homara na tacę z kruszonym lodem na pięć minut i użyj papieru absorpcyjnego do wysuszenia górnej części unieruchomionego głowotułowia homara. Umieść kroplę szybkoschnącego kleju na wysuszonym pancerzu i dociśnij przywieszkę do kleju przez około 20 sekund, aż klej stwardnieje.

Następnie włóż homara z powrotem do jego przegródki w zamrażalni i oznacz pozostałe trzy zwierzęta w ten sam sposób. Gdy wszystkie homary zostaną oznaczone, umieść homary z powrotem w komórce na 24 godziny. Następnego dnia użyj tej samej lodówki, aby przenieść homary z obiektu aklimatyzacyjnego do komory eksperymentalnej i rozpocznij nagrywanie wideo.

Wykonaj kroki znakowania i transferu w warunkach czerwonego światła, aby uniknąć promieniowego uszkodzenia homara przez receptory. Dodatkowe gatunki wodne lub gatunki lądowe mogą nie wymagać tej opieki. Następnie uzyskaj uśredniony obraz tła z pięciu minut filmu lub z początkowych 100 klatek, zanim wprowadzisz zwierzęta jedno po drugim do zbiornika doświadczalnego w ich odpowiednich komorach wodnych i poczekaj, aż homary wyjdą ze swoich komór.

Z całkowitej liczby zwierząt policzonych w tym reprezentatywnym eksperymencie, 79 procent wykrytych zwierząt zostało prawidłowo dopasowanych przez program, a 89,5 procent znaczników zostało poprawnie zidentyfikowanych. Tylko 3,8 procent tagów zostało błędnie sklasyfikowanych. Ale pozostałe 6,6 procent odpowiada fałszywym alarmom.

Po zakończeniu konkretnej analizy wideo, uzyskane dane o pozycjach mogą być wykorzystane do oceny różnych wzorców zachowań homarów. Na przykład wykreślanie mapy zajętości przestrzeni, przy użyciu dwuwymiarowego oszacowania gęstości kernalu z osią wyrównaną przez zmienną normalną kernal ocenianą na siatce kwadratowej, pozwala na przedstawienie obszarów, w których homary spędzają większy procent swojego czasu, na wykresach o wysokiej intensywności kolorów. Dzienny rytm aktywności homarów można również wykreślić jako milimetry pokryte w dziesięciominutowych odstępach czasu w czasie.

Ważne jest, aby zachować dokładne specyfikacje pod względem rozmiaru i kształtu oraz zawsze wykonywać krok analizy w tle, bez interfejsu użytkownika. Model analizy obrazu można rozszerzyć, aby przyjrzeć się konkretnym składnikom skorupiaków, aby pomóc w ulepszeniu badania behawioralnego pod kątem interakcji ze zwierzętami. Te złożone interakcje społeczne zwierząt zachodzą w podobny sposób w rzeczywistym środowisku, co pozwala na styl i ważne aspekty badań biologicznych z pewnym zastosowaniem w ekologii i neurobiologii.