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一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法

  • 国知局
  • 2024-11-21 12:18:33

本发明涉及动物行为分析,尤其是涉及一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法。

背景技术:

1、动物行为学实验(强迫游泳、悬尾实验、旷场、高架十字和明暗箱等)是神经科学领域重要的研究手段,也是情绪研究和抗抑郁药物筛选中的常用实验,目前市场上分析系统虽然做到了半自动化、高通量的分析要求,然而结果的分析过度依赖行为学视频的清晰程度,对结果的精确度无法提供可靠的保证,严重制约了实验室的测试条件。且现有的动物行为学实验方法以待分析时间段内的不动时间为衡量啮齿动物情绪状态的标准,存在一定的主观性,不同实验员甚至同一实验员在不同时间对啮齿动物不动时间的计数都会存在差异,影响实验结果的准确性和可重复性。

2、强迫游泳和悬尾实验是评估抑郁样行为的经典实验,现在的主流的强迫游泳和悬尾实验的分析方法有三类,一类是人工计数不动时间,当前仍有大量的研究者采用手动计时方法;一类是以上述商业软件公司为代表的基于阈值的方法,它们大多采用基于帧差的检测算法,通过用户设定阈值来判断动物是否处于不动状态,进而统计出总的不动时间;还有一类是通过关键点检测技术对啮齿类动物进行关键点检测,利用关键点的位置信息计算啮齿类动物的速度和加速度,从而识别啮齿类动物的不动状态,统计啮齿类动物的不动时间。这些方法都以识别啮齿类动物的不动状态为基础,统计啮齿类动物在强迫游泳和悬尾实验中的不动时间,将不动时间作为衡量啮齿类动物情绪状态的标准。前两种方法存在明显的主观性,需要用户具有相关的行为学实验分析经验,而第三种基于深度学习的关键点识别的方法,易受视频质量以及拍摄角度的影响,单目摄像头拍摄会使得动物的腿部有明显的遮挡,不利于关键点的准确识别,从而影响下一步对不动时间的统计。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,提供一种精确、自动且无偏见的行为学分析方法,以替代传统视频摄像机对啮齿类动物行为的基于普通视频的分析,操作简单,可用于强迫游泳、悬尾实验、旷场、高架十字和明暗箱等行为学实验分析,能大规模推广应用在科研院所的动物行为学实验分析系统。

2、为实现上述目的,本发明提供了一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,包括以下步骤:

3、步骤一、将实验装置摆好,并对动物行为学实验过程进行记录;

4、步骤二、对采集的数据进行处理;

5、步骤三、对数据进行统计,使用python代码对单只动物的事件流数据进行计数;

6、步骤四、进行可视化分析,使用多种可视化方法和检验方法来对比不同动物不同组别的动物之间的活动性异同。

7、优选的,步骤二包括数据去噪、数据转存和动物分割。

8、优选的,数据去噪过程中通过事件相机配套软件中的噪声滤波器对噪声进行滤除。

9、优选的,动物分割中利用k-means++对事件进行聚类,聚类中心数为实验动物数目。

10、优选的,动物分割包括以下步骤:

11、步骤一、对不同区域内动物进行检测和划分,将每一个事件看作一个样本点;

12、步骤二、k-means++算法随机选取一个事件点作为初始聚类中心;

13、步骤三、计算每个事件与当前中心的最短距离和每个事件点被选为下一个聚类中心的概率;

14、步骤四、确定k个聚类中心,将所有事件点划分到距离最近的质心并迭代到终止条件;

15、步骤五、采用相邻质心连线的中线作为划分线,获取不同动物的活动区域。

16、优选的,对动物6分钟内的事件进行随机取样,使用全部数据的10%进行聚类分割。

17、优选的,步骤四中采用热图和柱状图可视化结果,并采用t检验和kolmogorov-smirnow检验来进行假设检验。

18、优选的,实验装置包括笔记本电脑、动物行为学实验装置、事件相机和数据采集软件。

19、因此,本发明采用上述结构的一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,具有以下有益效果:

20、(1)本发明客观消除了人工计数或者阈值选择等人为干预过程,使得分析过程更加客观。

21、(2)本发明采用事件相机相比于人工计时不动时间,节约了时间。

22、(3)本发明使用热图、累积概率密度图等可以直观看出实验动物活动强弱随时间的变化过程以及每秒事件数的分布,直观性高。

23、(4)事件相机具有比普通相机更高的时间分辨率,低时延,可以在高时间分辨率下看到实验动物活动强弱的渐变过程,替代了传统的“动”和“不动”的二元划分方式,具有精度高的优点,且事件相机配套的软件上手难度小,便于使用。

24、(5)对实验环境要求低,事件相机适应性较强,在低光照或者高动态环境下信号稳定,所以对动物实验进行的环境要求较低,实用性强。

25、下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征:

1.一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,其特征在于:步骤二包括数据去噪、数据转存和动物分割。

3.根据权利要求2所述的一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,其特征在于:数据去噪过程中通过事件相机配套软件中的噪声滤波器对噪声进行滤除。

4.根据权利要求3所述的一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,其特征在于:动物分割中利用k-means++对事件进行聚类,聚类中心数为实验动物数目。

5.根据权利要求4所述的一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,其特征在于,动物分割包括以下步骤:

6.根据权利要求5所述的一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,其特征在于:对动物6分钟内的事件进行随机取样,使用全部数据的10%进行聚类分割。

7.根据权利要求1所述的一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,其特征在于:步骤四中采用热图和柱状图可视化结果,并采用t检验和kolmogorov-smirnow检验来进行假设检验。

8.根据权利要求1所述的一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,其特征在于:实验装置包括笔记本电脑、动物行为学实验装置、事件相机和数据采集软件。

技术总结本发明公开了一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,涉及动物行为分析技术领域,包括以下步骤:步骤一、将实验装置摆好,并对动物行为学实验过程进行记录;步骤二、将采集的数据进行分析;步骤三、对数据进行统计,使用python代码对单只动物的事件流数据进行计数;步骤四、进行可视化分析,使用多种可视化方法和检验方法来对比不同动物不同组别的动物之间的活动性异同。本发明采用上述的一种基于事件相机的啮齿类动物行为学分析方法,本发明客观消除了人工计数或者阈值选择等人为干预过程;采用事件相机相比于人工计时不动时间,节约了时间;事件相机具有更高的时间分辨率,低时延,可以在高时间分辨率下看到实验动物活动强弱的渐变过程。技术研发人员:刘际,孟雪淳,黄兆欢,刘玲受保护的技术使用者:中国科学技术大学技术研发日:技术公布日:2024/11/18

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