Name: Acompanhamento a longo prazo de vídeo de animais aquáticos, Cohoused: um estudo de caso da atividade locomotora diária do lagostim (Nephrops norvegicus) (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 57 s
Description: Aprenda a rastrear automaticamente múltiplos animais em longo prazo usando etiquetas simples e ferramentas de visão computacional. Este protocolo reduz significativamente o tempo de análise de vídeos em estudos de cronobiologia e neurociência.

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Os autores agradecem à Dr. Joan B. empresa que financiou a publicação deste trabalho. Também, os autores agradecem aos técnicos da zona de aquário experimental no Instituto de Ciências marinhas em Barcelona (ICM-CSIC) por sua ajuda durante o trabalho experimental.
Este trabalho foi financiado pelo projeto RITFIM (CTM2010-16274; investigador principal: J. Aguzzi) fundada pelo Ministério espanhol de ciência e inovação (MICINN) e a concessão de TIN2015-66951-C2-2-R do Ministério espanhol de economia e competitividade.

Os autores não têm nada para divulgar.

Os resultados de desempenho e representante obtidos com o protocolo de controle de vídeo confirmaram sua validade para a investigação aplicada no domínio do comportamento animal, com um foco específico sobre modulação social e ritmos circadianos dos animais cohoused. A eficácia da detecção de animais (69%) e a precisão da discriminação marca (89,5%) juntamente com as características comportamentais (ou seja, taxa de circulação) das espécies-alvo usadas aqui sugerem que este protocolo é uma solução perfeita para ensaios e...

Nos últimos anos, rastreamento automatizado baseado em imagem forneceu conjuntos de dados altamente precisos que podem ser usados para explorar questões básicas em ecologia e comportamento de disciplinas1. Esses conjuntos de dados podem ser usados para a análise quantitativa do comportamento animal2,3. No entanto, cada metodologia de imagem usada para controlar os animais e avaliação de comportamento tem seus pontos fortes e limitações. Nos protocolos de rastreamento com base em imagem que usa a informação espacial de quadros anteriores em um filme para controlar animais4,5,6, erros podem ser introduzidos quando cruzam os caminhos dos dois animais. Esses erros são geralmente irreversíveis e propagam-se através do tempo. Apesar dos avanços computacionais que reduzem ou quase eliminam este problema5,7, estas técnicas ainda precisam de ambientes homogêneos experimentais para rastreamento e identificação animal precisa.
O emprego de marcas que podem ser identificados exclusivamente em animais evita esses erros e permite o acompanhamento a longo prazo dos indivíduos identificados. Marcadores amplamente utilizados (por exemplo, códigos de barra e códigos QR) existem na indústria e comércio e podem ser identificados utilizando técnicas de visão de computador bem conhecidos, tais como aumentada realidade (por exemplo, ARTag8) e calibração da câmera (por exemplo, CALTag9 ). Animais marcados anteriormente têm sido utilizados para estudos comportamentais de alta produtividade em diferentes espécies animais, por exemplo, formigas3 ou abelhas10, mas alguns desses sistemas anteriores não são otimizadas para reconhecer tags isolado3.
O protocolo de rastreamento apresentado neste trabalho é especialmente adequado para rastreamento de animais, imagens de um canal, tais como infravermelho (IR) luz ou luz monocromática (particularmente, nós usamos luz azul). Portanto, o método desenvolvido não usa pistas de cor, sendo também aplicáveis a outras configurações onde há restrições em iluminação. Além disso, usamos etiquetas personalizadas concebidas de modo a para não perturbar as lagostas e, ao mesmo tempo, permitir a gravação com câmeras de baixo custo. Além disso, o método utilizado aqui é baseado na deteção de marca independente de quadro (i.., o algoritmo reconhece a presença de cada marca na imagem independentemente das trajectórias anteriores). Esse recurso é relevante em aplicações onde os animais podem ser ocluídos temporariamente ou trajetórias dos animais podem se cruzam.
O design da marca permite seu uso em diferentes grupos de animais. Uma vez que os parâmetros do método são definidos, pode ser transferida para resolver outros problemas de controle de animais sem a necessidade de formação de um classificador específico (outros crustáceos ou gastrópodes). As principais limitações de exportar o protocolo são do tamanho da marca e a necessidade de ligação com o animal (o que faz não é adequado para pequenos insetos, como moscas, abelhas, etc.) e o pressuposto 2D para a circulação de animais. Essa restrição é significativa, dado que o método proposto assume que o tamanho de etiqueta permanece constante. Um animal mover-se livremente em um ambiente 3D (por exemplo, peixe) iria mostrar tamanhos de marca diferente dependendo de sua distância para a câmera.
O propósito do presente protocolo é fornecer uma metodologia user-friendly para acompanhamento de vários animais marcados por um longo período de tempo (dias ou semanas), em um contexto 2D. A abordagem metodológica baseia-se na utilização de hardware e software de fonte aberta. O software livre e open source permite adaptações, modificações e redistribuição livre; Portanto, o software gerado melhora em cada etapa11,12.
O protocolo apresentado aqui se concentra em um laboratório criado para acompanhar e avaliar a atividade locomotora de quatro animais aquáticos em um tanque por 5 dias. Os arquivos de vídeo gravados a partir de uma imagem de lapso de tempo de 1 s e compilados em um vídeo em 20 frames por segundo (1 dia gravado ocupa cerca de 1 h de vídeo). Todas as gravações de vídeo são automaticamente pós-processada para obter posições animais, aplicação de algoritmos e métodos de visão de computador. O protocolo permite a obtenção de grandes quantidades de dados, evitando sua anotação manual, que foi mostrada para ser demorada e trabalhosa em anteriores trabalhos experimentais13de controle.
Nós usamos o lagostim (Nephrops norvegicus) para o estudo de caso; assim, nós fornecemos condições de laboratório específicas para mantê-los. Lagostas executam ritmos de surgimento de toca bem estudados que estão sob o controle do relógio circadiano14,15, e quando cohoused, formam a hierarquia de dominância16,17. Portanto, o modelo apresentado aqui é um bom exemplo para pesquisadores interessados na modulação do comportamento, com um foco específico sobre ritmos circadianos social.
A metodologia apresentada aqui é facilmente reproduzida e pode ser aplicada a outras espécies, se existe a possibilidade de distinguir entre animais com marcas individuais. Os requisitos mínimos para a reprodução de tal abordagem em laboratório são (i) isotérmicos quartos para a instalação experimental; (ii) um fornecimento contínuo de água; (iii) mecanismos de controle de temperatura de água; (iv) um sistema de controle de luz; (v) uma câmera USB e um computador padrão.
Neste protocolo, usamos Python18 e OpenCV19 (Open Source computador Vision Library). Contamos com rápido e comumente aplicadas as operações (tanto em termos de implementação e execução), tais como plano de fundo subtração20 e imagem limiarização21,22.

<table><tbody><tr><td>Tripé 475</td><td>Manfrotto</td><td>A0673528</td><td>Braço Articulado Descontinuado</td></tr><tr><td>143</td><td>Manfrotto</td><td>D0057824</td><td>Câmera Descontinuada</td></tr><tr><td>USB 2.0 uEye LE</td><td>iDS</td><td>UI-1545LE-M</td><td>https://en.ids-imaging.com/store/products/cameras/usb-2-0-cameras/ueye-le.html</td></tr><tr><td>Lente Olho de Peixe C-mount f = 6 mm/F1.4</td><td>Infaimon</td><td>Standard Optical&nbsp;</td><td>https://www.infaimon.com/es/estandar-6mm</td></tr><tr><td>Tanque de fibra de vidro 1500 x 700 x 300 mm3</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Black Tecido</td><td></td><td></td><td></td>de feltro</tr><tr>Tanque <td></td><td></td> de<td>estrutura de madeira</td><td>5 tiras de madeira 50x50x250 mm</td></tr><tr>Tecido <td></td><td></td> de<td>feltro de estrutura de madeira</td><td>10 tiras de madeira 25x25x250 mm</td></tr><tr><td>parafusos de aço</td><td></td><td></td> inoxidável <td>quantos forem necessários para fixar estruturas de tiras de madeira</td></tr><tr><td>PC</td><td></td><td></td><td>CPU de 2 núcleos, 4 GB de RAM, 1 GB de gráficos, 500 GB HD</td></tr><tr><td>Armazenamento externo HDD</td><td></td><td></td><td>Capacidade de 2 TB desejável</td></tr><tr><td>iSPY Sotfware para PC com Windows</td><td>Software iSPY</td><td></td><td></td></tr><tr><td>https://www.ispyconnect.com/download.aspx Zoneminder Linux PC</td><td>Zoneminder</td><td></td><td>https://zoneminder.com/</td></tr> <tr><td>OpenCV 2.4.13.6 Biblioteca</td><td>OpenCV</td><td></td><td>https://opencv.org/</td></tr> <tr><td>Python 2.4</td><td>Python</td><td></td><td>https://www.python.org/</td></tr> <tr><td>Camping Icebox</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bandeja</td><td></td><td></td><td></td>de plástico</tr><tr><td>Cianocrilato Gel</td><td></td><td></td><td>Para colar etiqueta' s&nbsp;</td></tr><tr><td>1 folha de plástico PVC preto (1 mm de espessura)</td><td></td><td></td> <td>Construção de etiquetas</td></tr><tr><td>1 folha de plástico PVC branco (1 mm de espessura)</td><td></td><td></td> <td>Construção de etiquetas</td></tr><tr><td>4 Tags ' s &Oslash; 40 mm</td><td></td><td></td><td>Feito com folha de plástico PVC preto e branco</td></tr><tr><td>3 m Blue Strid Led Ligts (480 nm)</td><td></td><td></td><td>Impermeável como desejável</td></tr><tr><td>3 m IR Strid Led Ligts (850 nm)</td><td></td><td></td><td>Impermeável como desejável</td></tr><tr><td>6 m&nbsp; Tubos de metacrilato e Oslash; Cotovelo</td> de PVC <td>Strid Led 4 Fechado</td>de 15 mm<td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; 45o &Oslash; Construção de Toca de 63 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tubo de PVC Flexível de 3 m &Oslash; Construção</td><td>de Toca</td>de 63 mm <td></td><td></td></tr><tr><td>4 Tampa de Rosca de PVC &Oslash; Construção de Toca de 63 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>4 O-ring &Oslash; Construção de Toca de 63 mm</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>4 Fêmea PVC soquete cola / rosca &Oslash; 63 mm</td><td></td><td></td><td>Construção de toca</td></tr><tr><td>10 m DC 12V Cabo</td><td></td><td></td> Elétrico <td>Mecanismo de Controle de Luz</td></tr><tr><td>Ligt Fonte de Alimentação DC 12 V 300 W</td><td></td><td></td><td>Mecanismo de Controle de Luz</td></tr><tr><td>MOSFET, RFD14N05L, N-Canal, 14 A, 50 V, 3 Pinos, IPAK (TO-251)</td><td>RS Componentes</td><td>325-7580</td><td>Mecanismo de Controle de Luz</td></tr><tr><td>Diodo, 1N4004-E3/54, 1A, 400V, DO-204AL, 2-Pines</td><td>Componentes RS</td><td>628-9029</td><td>Mecanismo de Controle de Luz</td></tr><tr><td>Porta-fusível</td><td>RS Componentes</td><td>336-7851</td><td>Mecanismo de Controle de Luz</td></tr><tr><td>Terminal de Energia de 2 Vias 3.81 mm</td><td>Componentes RS</td><td>220-4658</td><td>Mecanismo de Controle de Luz</td></tr><tr><td>Capacitor 220 &micro; F 200 V</td><td>RS Componentes</td><td>440-6761</td><td>Mecanismo de Controle de Luz</td></tr><tr><td>Resistência 2K2 7 W</td><td>Componentes RS</td><td>485-3038</td> Fusível do <td>Mecanismo de Controle de Luz</td></tr><tr><td>6,3 x 32 mm2 3A</td><td>Componentes RS</td><td>413-210</td><td>Mecanismo de Controle de Luz</td></tr><tr><td>Arduino Uno Atmel Atmega 328 Placa MCU</td><td>RS Componentes 715-4081</td><td></td><td>Mecanismo de Controle de Luz</td></tr><tr><td>Placa Prototipe CEM3,3 orifício.,RE310S2</td><td>Componentes RS</td><td>728-8737</td><td>Mecanismo de controle de luz</td></tr><tr><td>Conversor DC/DC,12 Vin,+/-5 Vout 100 mA 1 W</td><td>RS Components</td><td>689-5179</td><td>Mecanismo de controle de luz</td></tr><tr><td>2 SERA T8 lâmpada fluorescente azul luar 36 watts</td><td>SERA</td><td></td><td>Descontinuado/Instalação isolada de luz</td></tr></tbody></table>

acompanhamento a longo prazo de vídeo de animais aquáticos, cohoused: um estudo de caso da atividade locomotora diária do lagostim (nephrops norvegicus)

Long-term Video Tracking of Cohoused Aquatic Animals: A Case Study of the Daily Locomotor Activity of the Norway Lobster (Nephrops norvegicus)

Apresentamos um protocolo relacionado a uma técnica de controle de vídeo baseada na limiarização de imagem que torna possível controlar individualmente os animais cohoused e subtração de fundo. Nós testamos a rotina de rastreamento com quatro cohoused lagostim (Nephrops norvegicus) sob condições de luz-escuridão durante 5 dias. As lagostas tinham sido marcadas individualmente. A instalação experimental e as técnicas de rastreamento utilizadas baseiam-se inteiramente sobre o software de código aberto. A comparação entre a saída de rastreamento com uma detecção manual indica que as lagostas eram corretamente detectado 69% das vezes. Entre as lagostas detectadas corretamente, suas marcas individuais foram corretamente identificados 89,5% das vezes. Considerando a taxa de quadros usados no protocolo e a taxa de circulação de lagostas, o desempenho de rastreamento o vídeo tem uma boa qualidade, e os resultados representativos suportam a validade do protocolo em produzir dados valiosos para as necessidades de pesquisa (individual ocupação de espaço ou padrões de atividade locomotora). O protocolo apresentado aqui pode ser facilmente personalizado e é, portanto, transferível para outras espécies, onde o acompanhamento individual de espécimes em um grupo pode ser valioso para responder às perguntas de pesquisa.

Nós construímos manualmente um subconjunto dos dados experimentais para validar a análise automatizada de vídeo. Um tamanho de amostra de 1.308 quadros com um nível de confiança de 99% (que é uma medida de segurança que mostra se a amostra reflete com precisão a população, dentro de sua margem de erro) e uma margem de erro de 4% (que é uma porcentagem que descreve como fechar o resposta a amostra deu é o valor real da população) foi aleatoriamente selecionado, e realizou-se uma anotação m...

Aqui nós apresentamos um protocolo para controlar individualmente os animais durante um longo período de tempo. Ele usa a visão computacional, métodos para identificar um conjunto de marcas construídos manualmente usando um grupo de lagostas como estudo de caso, simultaneamente, fornecendo informações sobre como a casa, manipulam e marcam as lagostas.

Acompanhamento a longo prazo de vídeo de animais aquáticos, Cohoused: um estudo de caso da atividade locomotora diária do lagostim (Nephrops norvegicus)

We present a protocol related to a video-tracking technique based on the background subtraction and image thresholding that makes it possible to ...

Este protocolo permite a automação do rastreamento de vários animais. Usando um rótulo simples para identificar cada animal uma ferramenta de análise de identificação para detectar as tags. Este protocolo reduz significativamente o número de horas necessárias para analisar as gravações de vídeo usando dados leskey.para estimar conclusões mais precisas dos estudos experimentais. Animais em outros ambientes que podem ser marcados de forma semelhante podem ser rastreados com protocolos semelhantes que fornecem aplicação em cronobiologia, ecologia, pesquisa viral ou neurociência. Fornecemos o design de hardware e a linguagem de programação de código aberto e fornecemos um modelo que recomendamos que os usuários adotem nos protocolos para aprender a linguagem de programação Python.Para construir uma etiqueta para o animal alvo, primeiro corte quatro círculos de 40 milímetros de diâmetro da folha de plástico preta, e dois triângulos equiláteros laterais de 26 milímetros e dois círculos de 26 milímetros de diâmetro de uma folha de PVC de plástico branco. Marque o centro de um triângulo branco e um círculo branco. E faça um buraco de 10 milímetros em cada marca.Em seguida, cole uma forma b

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Research

JoVE Journal

Environment

Ambiente

Organismos microscópicos, como o nematóide de natação...

Estudo quantitativo de locomoção livremente Natação Micro-organismos Usando Difração Laser

Atividade locomotora (LMA) é uma medida simples e de fácil execução de comportamento em camundongos. O acoplamento do software de rastreamento de vídeo (VTS) e LMA permite a melhoria da especificidade e sensibilidade, especialmente quando comparado com o manual, o método de análise cruzando a linha de LMA. Além disso VTS permite o acompanhamento a longo prazo de rato LMA.

Rato de curto e longo prazo da atividade locomotora analisados ​​pelo software Rastreamento Vídeo

O uso de um sistema de vídeo automático 3D que pode rastrear indivíduos e grupos de peixes-zebra é descrito. Como exemplo de aplicação, exploramos os efeitos do antagonista do receptor NMDA MK-801 em cardumes de peixe-zebra.

Usando um sistema automatizado de rastreamento 3D para registrar indivíduos e cardumes de peixes-zebra adultos

Descreve-se um conjunto de técnicas para estudar o comportamento espontâneo de nadar livremente peixe fracamente elétrico durante um período prolongado de tempo, de forma síncrona medição de tempo de descarga do órgão elétrico do animal, a posição do corpo e postura tanto precisa e confiável em um tanque do aquário especialmente concebido dentro de um sensorial câmara de isolamento.

Longo prazo Behavioral Rastreamento de Livremente Natação fracamente elétrico dos peixes

Medindo os impactos de contaminantes ambientais sobre o comportamento dos peixes é muitas vezes subjetiva e desafiando particularmente quando se trata de endpoints subletais. Descrevemos métodos, incluindo a tecnologia de vídeo para quantificar o comportamento de natação do início da vida estágio esturjão branco (Acipenser transmontanus) durante e após 96 horas exposições agudas a várias concentrações de cobre.

Quantificar Peixe Natação comportamento em resposta à exposição aguda de Aqueous Copper Usando Computer Assisted Vídeo e Análise de Imagem Digital

Uma metodologia eficiente e simples para a análise baseada em computador do comportamento de natação nematóide em líquido é descrito. O método requer pouco ou nenhum investimento para C. elegans laboratórios. O hardware utilizado é padrão, e o software de computador para a análise comportamental (CELEST) é uma fonte aberta um.

Análise automatizada de<em&gt; C. elegans</em&gt; Comportamento Swim Usando CELEST Software

O peixe-zebra é um excelente modelo para estudar a função muscular e doenças. Durante o início da embriogênese, o peixe-zebra inicia contrações musculares regulares, produzindo um comportamento rítmico de natação, que é alterado quando o músculo é interrompido. Aqui descrevemos um ensaio de resposta evocada por toque e locomoção para examinar o desempenho da natação como uma medida da função muscular.

Usando resposta ao toque evocadas e locomoção Os ensaios para avaliar o desempenho muscular e funcional de Zebrafish

Este artigo apresenta um sistema de biomonitorização não invasivo para a gravação contínua e análises das atividades cardíaca e locomotor de lagostas. Este sistema consiste de um sensor ótico infravermelho próximo, um módulo de controle de vídeo e software para avaliar os batimentos cardíacos de lagostins que reflete sua condição fisiológica e caracteriza o comportamento de lagostins durante as flutuações de batimento cardíaco.

Medição não invasiva contínua das atividades cardíaca e comportamental de lagostins

Aqui, apresentamos métodos para estudo da elevado-produção de uma série do mexicano cavefish comportamentos e coloração vital de um sistema de mechanosensory. Esses métodos usam scripts de software livre e sob medidos, fornecendo um método prático e econômico para os estudos de comportamentos.

Acompanhamento comportamental e Neuromast imagem de Cavefish mexicano

Este estudo examina o efeito da idade na locomoção em C. elegans medindo o maior expoente de Lyapunov (LLE). À medida que envelhecem, C. elegans mostram um aumento e subsequente declínio no controle motor. Os resultados mostram um pico de LLE em cinco dias, seguido por um declínio à medida que os vermes envelhecem.

Dinâmica de locomoção dependente da idade em Caenorhabditis elegans: uma análise do expoente de Lyapunov

Levantamentos ópticos de arrasto oferecem um método não invasivo de amostragem de populações de peixes de fundo e fornecem dados em escala mais fina do que os levantamentos tradicionais de arrasto. Este artigo apresenta um procedimento generalizado para um levantamento óptico de arrasto de peixes de fundo na Nova Inglaterra.

Levantamentos de arrasto óptico de peixes de baixo: Um levantamento de vídeo de arrasto do bacalhau atlântico do Golfo do Maine Ocidental (Gadus morhua)

Aprenda a rastrear automaticamente múltiplos animais em longo prazo usando etiquetas simples e ferramentas de visão computacional. Este protocolo reduz significativamente o tempo de análise de vídeos em estudos de cronobiologia e neurociência.

Acompanhamento a longo prazo de vídeo de animais aquáticos, Cohoused: um estudo de caso da atividade locomotora diária do lagostim (Nephrops norvegicus) (Vídeo) | JoVE Journal

Acompanhamento a longo prazo de vídeo de animais aquáticos, Cohoused: um estudo de caso da atividade locomotora diária do lagostim (Nephrops norvegicus)

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