中科院深圳先进院构建行为“字典”研读动物“语句”
来源： 深圳商报 2021-05-17 09:17:07
见圳客户端·深圳新闻网2021年5月17日讯（深圳商报记者 袁斯茹）你家的喵星人和汪星人到底在想些什么？近日，中科院深圳先进院王立平、蔚鹏飞团队研发了动物行为学“字典”，通过自动化行为采集设备和行为图谱，帮助人们理解动物行为。5月13日，相关成果发表于《自然·通讯》杂志。
采集动物的“三维行为”
“目前的多数动物行为拍摄，都是基于单摄像头获取的二维动物信息。但它们的行为发生在三维空间中，二维采集会因为动物身体遮挡等，产生误差和假信号。”王立平说。
为补全“丢失”维度的信息，团队突破了二维视频分析框架，使用“机器学习＋三维重建”的方法，提出并构建了全自动的行为三维捕捉系统。该系统使用多视角相机的捕捉无惧遮挡，以极低成本在计算机中稳定获取动物三维数据，可以重建动物行为的三维运动结构。
蔚鹏飞表示，此次成果可直接输出经过无监督学习客观分类的行为，不需要人工标注，研究者即可在极短时间内获取大量优质数据集，大大解放了科研工作者的生产力。
读懂动物的“语句”
小鼠一瞬间的驼背，肉眼甚至捕捉不到，居然也是焦虑行为之一？其实，相关奥秘早已体现在动物的行为语言中。
如果将动物行为比喻成人类语言，动物姿态就是最基础的字母，组成有意义的动作（单词），最终构成行为谱（句子）。团队基于层次化方法，分析了每帧画面中的动物姿态，构建出行为“字母表”；其次，将具有相似排列模式的姿态序列挖掘出来，构建出行为“字典”。
据悉，团队相关成果已用于自闭症小鼠的行为研究，从两组小鼠的15分钟自发行为中，检测到8种亚秒级行为。“比如小鼠的驼背，看起来和站立动作非常相似，加上转瞬即逝，所以人为观察难以区分其差异。”蔚鹏飞说。
目前，针对不同物种，该行为图谱仍在不断更新和完善中。团队已经对非人灵长类、犬类开展研究，未来还将应用在猪等实验动物上。
据了解，目前团队已经收到了国内外20多家科研机构的合作和采购意向。该技术涉及的两项专利已经授权转化，设备已经投入批量生产。
中国科学院院士、浙江大学教授段树民评价道，这一成果部分填补了现有行为学分析的短板，有望对研究精神疾病和情绪障碍的发作机制，以及各种治疗手段的临床前研发测试提供重要手段。
深圳先进院刘楠和韩亚宁为共同第一作者，王立平和蔚鹏飞为共同通讯作者。
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