BehaviorAtlas® 3D-AI精细行为数据分析培训

1. BehaviorAtlas 系统简介

2. 数据采集

2.1 数据采集实验前

  • 调节好试验箱灯光明暗强度

  • 调整好相机视角(动物的活动范围,多个视角都要拍摄全)

  • 每次录制前,检查相机是否被移动,移动了则需要重新标定。

  • 同一批实验,尽量确保相机视角拍摄画面、高度、角度相似,以免影响数据处理结果,产生批次效应。

  • 一般地,建议动物适应时间为5分钟,录制时间大于等于15分钟。(但可根据实验不同做相应的调整)。

2.2 数据采集实验后

判断实验是否有符合的训练模型,如没有,则需要进行标注数据(准备训练集),训练模型。后期,BAYONE将推出免费的数据标注与模型训练软件,请关注BehaviorAtlas公众号推文进行申请使用。
BehaviorAtlas Analyzer (Mouse) 数据处理软件已有模型如下:

模型1 BlackMouse_WhiteBackGround 黑鼠-白背景:

模型2 BlackMouse_BlackBackGround 黑鼠-黑背景:

2.3 参考资料链接及附件

3. 数据处理

3.1 注意事项

如果样本命名不规范,导入后会提示哪些样本不符合规范,导入不成功。

  • 规范格式:rec-01-KO-20240103123008

    • Sample ID:只允许纯数据

    • Group Label:数字或字母

    • Time: 14位数字,代表年月日时分秒

3.2 多身体点追踪和** 三维重建 **后可直接查看结果

新增Step1、Step2的结果查看功能,运行完一个步骤后查看处理结果,能及时反馈标定、训练模型、模型适配等操作的效果。通常一批数据数十G,需要较长时间处理,添加这个功能是为了避免分析完一批数据后才发现之前操作有误,又得重新分析一次。

如果数据效果较好,可进行后续步骤。如果数据效果较差,可能是模型不匹配,因此需要一个新的模型来追踪建模。

如果对数据较有把握,也可以勾选所有步骤进行数据处理。

4. 数据分析及可视化

4.1 数据结构说明

经过BehaviorAtlas® Analyzer处理后的数据结构说明:

4.2 数据质控及预览

对单个样本的数据查看,可在BA Explorer软件查看多个视角原始数据,三维重建骨架,三维轨迹坐标数据。

4.3 运动学参数分析

  • 单样本运动速度变化

  • 单样本运动强度变化

  • 单样本运动距离变化

  • 单样本身体长度变化

  • 单样本身体高度距离变化

  • 单样本身体角度变化

  • 单样本速度-轨迹热图 (2D, 3D)

  • 单样本位置热图

  • 组间运动学参数降维

  • 组间运动学参数统计

  • 具有统计学差异的运动学参数可视化

运动学参数说明

4.4 动作序列分析

  • 动作注释

  • 动作片段在低维空间聚类图

  • 组间动作分布降维

  • 组间动作分布统计结果

  • 动作谱

  • 动作注释与合并

    • 动作片段在低维空间聚类图 (合并后)

    • 组间动作分布降维 (合并后)

    • 组间动作分布统计结果 (合并后)

    • 动作谱 (合并后)

    • 动作转移分析

4.4.1 动作序列注释

BehaviorAtlas 3D-AI 精细行为分析技术对于动物动作亚型的序列分解,采用的是无监督学习策略(Unsupervised Learning),这就意味着划分出来的动作亚型是无法预先知道其对应的含义的。

如果要知道每类行为编号对应的具体行为意义,需要人工去做注释 (Annotation)。也就是去看每种剪辑后的视频,按照经验去做一些文字的描述就行。这种注释对于有些类可能会比较简单,比如 Walking、Running、Rearing、Grooming、Sniffing 等;但也有一些比较复杂的动作,有些是不常见的,有些可能是多种动作同时出现。那种这种情况只能用一些文字、短语做描述,比如 Running with jump preparation 等。

对于简单的动作,可以参考斯坦福大学的网站 https://mousebehavior.org/ethogram-index/;

也可以参考 Huang Kang。 et.al., 2021, Nature Communications. 文章中的 Supplementary Tables(图 1)。


以及NC3Rs的资料 (https://ckiwoc1g11.feishu.cn/docx/JihJd6M6KohuACxKjS5cG2RWnvd)

对于复杂的动作,可以参考 Tilo Gschwind et.al。, 2023, Neoron. 文章中的 Figure 1B(图 2)

4.4.2 如何做人工注释或合并

Step1:将所有类动作剪辑粗略观察一遍,并整理成表格。

Step2:将所有类动作组间占比可视化,再结合动作片段在空间中的 聚类 相似性,做一定的动作合并。(非必须)

tip:按照经验,一般可以合并至15-18类。

4.4.3 结合BehaviorAtlas® Explorer软件进行运动学参数统计分析

Step1: 从Explorer软件中导出的运动学参数数据(归一化后)

Step2: 导入数据至Grapgpad Prism中(数据需要符合规范)

  • 设置统计分析方法和属性设置

  • 进行可视化(使用原始数据绘图)

同理,精细行为数据也类似操作,先从Explorer软件里导出数据,整理成符合Grapgpad Prism里规范的格式,然后进行统计相关的设置。

4.4.4 常见分析及可视化类型

例如以下是所有类的组间动作占比统计图。

以及其他图表:

5. 进阶分析-基于MATLAB、Python 及 R 语言等自定义分析

5.1 特定动作类型针对性重提取

基于动物Grooming动作特征,利用三维坐标数据,计算鼻子运动速度、鼻子距离左右前爪、身体高度、角度等参数,以重新提取特定动作。点击链接查看

更多特定动作提取,因客户数据,无法展示,如有相关分析需求,可联系我们。

5.2 样本间相似性聚类分析

样本间动作相似性聚类:


样本间运动学相似性聚类:

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