Smart-Barn: studi di laboratorio innovativi su popolazioni animali

I ricercatori del Center for Excellence Group for the Advanced Study of Collective Behavior (CASCB) e dell’Istituto Max Planck per il comportamento animale hanno trasformato un ex fienile in un laboratorio high-tech per complesse analisi comportamentali. Attraverso di esso, ora possono studiare il comportamento complesso dei gruppi di animali. L’hangar è servito anche come prototipo per il più grande laboratorio sul comportamento degli sciami dell’Università di Costanza: l’hangar fotografico.

Una delle principali limitazioni della ricerca comportamentale è che gli scienziati possono studiare gli animali in ambienti altamente controllati, ma spesso irrealisticamente semplificati e piccoli, in laboratorio, o in condizioni ampiamente incontrollate in natura. Ciò ha limitato la nostra capacità di studiare molti aspetti del comportamento, compreso il comportamento collettivo, cioè i movimenti e le interazioni tra animali che sono alla base delle loro complesse vite sociali. Cosa è necessario per affrontare questo problema? Innanzitutto, un posto con molto spazio. In secondo luogo, la tecnologia più recente.

Entrambi sono disponibili in un fienile del XVIII secolo presso l’Istituto Max Planck per il comportamento animale a Mugengen vicino a Costanza, e ora nell’Imaging Hangar, un’aula grande come una palestra presso l’Università di Costanza. Entrambi i laboratori vengono utilizzati per esaminare da vicino il comportamento collettivo degli animali. Per fare ciò in modo multidimensionale, i ricercatori del Centro Cluster of Excellence per lo studio avanzato del comportamento di gruppo dell’Università di Costanza e dell’Istituto Max Planck per il comportamento animale hanno sviluppato uno strumento chiamato SMART-BARN.

SMART-BARN sta per Scalable Multimodal Arena per il monitoraggio in tempo reale del comportamento degli animali in grandi numeri. “Si tratta di un nuovo strumento che consente di studiare tratti comportamentali complessi di un individuo o interazioni tra gruppi di animali come insetti, uccelli o mammiferi”, afferma Himal Naik. In collaborazione con Matti Nagy, co-relatore del gruppo, Ian Kosin, e colleghi, hanno sviluppato SMART-BARN. Il team era molto interdisciplinare: biologi, fisici, ingegneri e informatici lo hanno sviluppato insieme.

Máté Nagy spiega ulteriormente lo strumento: “Utilizziamo tecniche di misurazione ad alto rendimento come il tracciamento visivo e acustico, con le quali possiamo studiare l’esatta posizione e la postura degli animali in 3D e calcolare il loro campo visivo.” Gli utenti della nuova struttura avranno la flessibilità necessaria per eseguire diversi modelli sperimentali sfruttando la natura modulare del sistema.

Perché le dimensioni contano?

“SMART-BARN è stato progettato per ampliare la gamma dei tipici esperimenti comportamentali indoor in termini di dimensioni sperimentali, tratti comportamentali misurati e dimensioni dei gruppi”, afferma l’informatico Himal Naik. “Ciò significa che gli utenti possono misurare un repertorio di comportamenti mai visto prima perché gli animali avere più spazio.” A seconda delle dimensioni degli animali, la struttura può ospitare 100 animali alla volta ed espandere la possibilità di sperimentare nuove specie normalmente non studiate in ambienti indoor. Cosin aggiunge: “In effetti, ora abbiamo adattato il tutto per lavorare con diverse migliaia di animali. Recentemente abbiamo condotto uno studio presso l’Imaging Hangar in cui abbiamo monitorato 10.000 locuste della peste. Ciò sarebbe stato impossibile senza la nostra tecnologia SMART-BARN.”

COME USARE SMART-BARN

Ad oggi, SMART-BARN è stato utilizzato in vari casi sperimentali che hanno coinvolto soggetti diversi come piccioni, storni, falene, pipistrelli e esseri umani. Naik è lieto che: “La struttura sta dando vita a nuove importanti collaborazioni multidisciplinari”. E continua: “Ad esempio, SMART-BARN offre la possibilità di tracciare lo sguardo tridimensionale e la postura degli uccelli in un gruppo di dieci o più preservandone l’identità. I ​​ricercatori stanno utilizzando questa tecnica per esplorare il ruolo dello sguardo nel processo decisionale”. making.” La stessa tecnica viene utilizzata da altri scienziati. Computer per progettare nuova visione artificiale e facilitare algoritmi basati sull’intelligenza artificiale Tieni traccia degli animali 3D senza allegare alcun tag per loro. “Il nostro metodo ha portato ad un sistema più ampio Fienile fotografico “All’Università di Costanza si seguono sciami di robot o migliaia di insetti”, spiega Ian Cosin.

“In breve, la sua gamma di applicazioni è limitata solo dalla nostra capacità di proporre idee sperimentali”, afferma Matti-Nagy. Il team immagina la struttura come uno spazio collaborativo in cui i ricercatori di tutto il mondo possono contribuire ad esplorare questioni comportamentali. Pertanto, il team invita i ricercatori di tutto il mondo a connettersi con loro e pianificare esperimenti.

Aspetti principali:

• Dettagli della pubblicazione: Matti Nagy, Himal Naik, Fumihiro Kanno, Nora V. Carlson, Jens C. KoblitzMartin WikelskyIan D. Cugino: SMART-BARN: un’arena multimediale scalabile per monitorare il comportamento degli animali in grandi numeri in tempo reale, fa avanzare la scienza. ID digitale: 10.1126/sciadv.adf8068
• Un team multidisciplinare del Centro di eccellenza per lo studio avanzato del comportamento collettivo (CASCB) dell’Università di Costanza e dell’Istituto Max Planck per il comportamento animale, insieme a biologi, fisici, ingegneri e informatici hanno sviluppato lo strumento insieme. Matti Nagy e Hemal Naik sono i primi autori della pubblicazione, mentre Ian Cosin è l’autore principale.
• Per esplorare il comportamento animale in modo più approfondito e multidimensionale, i ricercatori del Cluster of Excellence for the Advanced Study of Group Behavior hanno sviluppato un nuovo strumento chiamato SMART-BARN.
• Questo studio è stato finanziato, tra gli altri, dal Centro di eccellenza per lo studio avanzato del comportamento collettivo dell’Università di Costanza, dall’Istituto Max Planck per il comportamento animale e dal programma quadro Orizzonte 2020 del CER.