VisuTrack动物行为分析软件

一、系统介绍
1.VisuTrack小动物行为学分析系统是上海九9游会国际信息科技有限公司自主开发的新一代系统，集视频采集、行为学实验观察、行为学实验分析、指标记录以及数据统计为一体，VisuTrack小动物行为学分析系统拥有更加人性化的实验文件结构、丰富实用的可扩展插件、同步第三方软件的输入输出控制模块以及前沿的图像识别算法。
VisuTrack小动物行为学分析系统的行为识别技术（Behavior Recognition）解决了 What, Where, When 以及与生物信号的整合问题。与在空间上把动物减低到一个点（通常是质心）并仅是跟踪这个点的视频跟踪技术（video tracking）不同，VisuTrack小动物行为学分析系统的行为识别技术（Behavior Recognition）可以区分动物身体各部分（如头，尾，前躯中心，身体重心，四肢等）以及动物的复杂精细动作。以此为基础，行为识别技术能自动识别复杂的动物行为，即动物在做什么；而目前其他国内的的视频轨迹跟踪技术只能用于检测动物在哪里。行为识别技术能捕捉的复杂的、自然的、和刻板的如下行为：
What—动物在做什么
When—动物什么时候做这个动作
Where—动物在哪里做
I/O Module—将行为与生物信号（脑电图、血压、神经元活动、超声波发声）和实验刺激（声音、光、电击等）整合，VisuTrack小动物行为学分析系统提供整合方案和模块写入等方式同步实时分析。

二、系统模块组成
VisuTrack小动物行为学分析系统包含多种主要功能模块：
基础模块（Basic module）
输出输出控制模块（I/O Module）
插件模块（Plug-in module）
GLP模块（GLP module）
包括转圈（Circling）、理毛（Grooming）以及嗅探（Sniffing）等的复杂精细行为模块
VisuTrack小动物行为学分析系统一个完全利用第三代行为学技术—行为识别技术的优良系统。可以适应目前大多数主流行为学实验的需要，同时提供丰富的参数，提高检测的灵敏度和准确度。

三、软件应用范围
学习记忆实验：
Morris水迷宫、八臂迷宫、十二臂迷宫、Y迷宫、T迷宫、Barnes迷宫、六臂水迷宫
焦虑抑郁实验：
高架十字迷宫、旷场实验、自发活动、O迷宫、明暗箱（黑白箱）
探索行为实验：
新奇物体识别实验、动物交际实验、洞板实验、孔洞实验
成瘾实验：
条件位置偏爱（CPP）、条件位置厌恶(CPA)
外部控制实验：
条件性光刺激、声刺激、电刺激、光遗传、电生理同步，提供TTL接口后，更适用于避暗实验、跳台实验、睡眠剥夺实验、学习无助实验、饮水电击实验、场景恐惧实验、家居行为等。

四、技术特点

4.1 新一代行为识别算法
系统拥有多种功能强大的动物检测及消除噪音的检测方法，可以应付几乎所有的复杂实验环境下的行为实验，支持Animal Size动物的大小、Animal Color 动物颜色与背景差（黑-白、白-黑、杂色-变化背景等），同时支持自动阈值、手动阈值、复杂阈值（既白又黑）、头部朝向阈值等：
智能识别法，适用于新手实验员，能够快速、准确、自动识别实验动物
灰度法，适合光线稳定，实验环境背景与被检测动物色差明显的实验
静态背景法，适合实验环境背景不均衡，亮暗不明，但背景相对固定的实验
动态背景法，适合实验环境背景不均衡，亮暗不明，且背景会微弱变化的实验
高斯背景法，适合环境背景复杂，光线微弱，动物颜色与背景差异较小的实验
色度法，适合颜色辅助标记的实验
深度学习模型法，无需辅助标记，便可区分动物ID号，且可以准确识别动物的任意关键点

4.2 多体位点识别技术
软件对动物形体进行全局分析，以检测鼻尖（Nose position）、前部躯体中心（Forebody Center）、身体中心（Animal Center）和尾根（Tail Base position）四个特征点，并据此分析动物行为。

4.3 复杂精细行为检测
系统可以全自动分析更多实验动物的精细行为, 如爬行/静止/原地微动,摆头/甩头,理毛修饰,转圈,支撑站立,靠边行走，嗅探，伸长，身体弯曲等，并可以生成相应时间内的动物行为图谱；

4.4 外部输入输出控制与触发功能
将行为与生物信号（脑电图、血压、神经元活动、超声波发声）和实验刺激（声音、光、电击等）整合，VisuTrack小动物行为学分析系统提供整合方案和模块写入等方式同步分析。利用智能的触发选项功能，可以自定义Event和Action，实现自动开始分析、停止分析以及暂停分析、恢复分析等功能。系统可以依据行为条件发出TTL/SDI信号的控制命令，自动控制外部硬件，例如控制水迷宫平台的升降，控制八臂迷宫的门开启，控制电刺激等操作。

4.5 GLP实验模块
系统包含了GLP模块（GLP Module），可以实现用户权限、用户策略分配，系统自带管理员模式、审阅用户模式以及实验员模式，对应有不同的软件使用权限，并可以导出符合GLP要求的操作日志表以及审阅日志表，同时可以开展动物行为“双盲”实验。
针对于学校构建动物行为实验室平台，为方便高效管理，还可以额外允许根据实验室要求，分配实验员操作软件的权限，为所有学员内置各种规范的实验模版以及用户自定义实验模版。

4.6实时功能
软件具有实时功能，可以实时显示插件窗口，用以实时显示动物的跟踪状态，判断是否准确跟踪；Event窗口，实时显示动物跟踪分析过程的精细行为事件；Result窗口，实时显示指标测量结果；

4.7实验复检功能
软件提供复验功能，即对检测的事件可以通过点击来自动回/播放相应事件对应的视频，便于校验；可调整分析参数，对实时分析时录下来的视频/轨迹点进行重新分析以改进分析结果，而无需重做实验重新记录视频/分析视频；

4.8区域进入判断标准
提供多种动物进入区域判断标准：中心点进入、身体面积进入以及体位点判断进入，同时可以自定义相关判断标准的阈值，动物处在不同的实验容器中，我们需要更换不同的判断标准来提供实验的可信度和准确性。

4.9同步分析不同类别实验
同一套软件可以在同一台电脑上同一时刻在线或离线分析不同的动物行为实验，提高实验效率的同时更增加了药效评价的可靠性、实时性以及同步性，且分析结束后数据会自动按照实验类别归类，尤其适合应用于学校构建动物行为实验公共平台和批量离线处理视频。如图，可以同时离线分析morris水迷宫、八臂迷宫、高架十字迷宫和旷场实验视频。

五、数据管理功能

5.1 实验指标统计
VisuTrack小动物行为学分析系统支持分段检索数据、分组统计数据以及轨迹筛选功能，能够让用户在不使用第三方软件的情况下，也可以得到强大的统计处理功能，可以计算选中指标的方差和标准差，绘制并导出相应指标的直方图。系统可自动计算平均值、标准偏差、标准误差、方差、潜伏期等数据，可自动生成饼图、曲线图，柱状图等。

5.2 曲线轨迹展示
VisuTrack小动物行为学分析系统提供了多种形式的动物活动轨迹可视化展现方式：轨迹图、热图以及3D活动量图。

六、丰富的插件功能
VisuTrack小动物行为学分析系统提供了丰富的插件功能，方便为用户扩展定制个性化的实验和测试指标，目前，我们已经定制了Morris水迷宫、旷场实验、新物体识别实验以及Y迷宫等插件模块，通过这些插件的启用，用户更加方便开展“不同寻常”的行为学实验，并计算出“与众不同”的行为学指标参数。

6.1 Morris水迷宫插件
Morris水迷宫插件允许用户额外的定义设置相关搜索策略区域参数（直线式搜索、趋向式搜索、边缘式搜索），测试更加丰富的水迷宫实验指标，同样接受用户定制各类深度的指标：转向搜索、方向趋近、距离趋近等。

6.2 新物体识别插件
新物体识别实验插件在基础模块的三点识别的基础上，引入了更加复杂的判断机制来检测动物头部（鼻尖）是否有效接触兴趣物体，如头部偏向阈值。

6.3 旷场实验插件
旷场实验插件可以让用户进一步评价动物在旷场实验箱里的跨格行为，比如跨格次数和跨格等级、近壁距离等。

6.4 Y迷宫插件
Y迷宫插件可以扩展让用户在Y迷宫实验中，检测动物自发交替行为的相关参数，比如异臂单步循环次数（SAP），首尾同臂循环次数（AAR）以及同臂单循环次数（SAR）。

七、测试指标
我们为用户提供了非常丰富的动物行为测试参数，通过这些参数可以帮助用户分析各类动物行为信息。所有的测试指标都**到每一个用户定义的分析区域。
常规指标：活动路程、逗留时间、运动速度
实验指标：各区域潜伏期（**进入时间）、进入次数、进入深度、路程比例
特色指标：休息（静止）时间、挣扎时间、Freezing时间、Freezing次数
探索指标：头部接触次数、接触时间、接触潜伏期、接近时间、*大距离
精细行为指标：饮水次数、饮食次数、甩头次数、修饰行为、卷缩行为、嗅探行为、伸长、僵直等
插件指标：转向搜索、方向趋近、接近度、交替行为、跨格次数、跨格等级、支撑站立、搜索策略、自定义区域周边活动情况、嗅闻半径等