Výzkumníci z Centra excelence pro pokročilé studium kolektivního chování (CASCB) a Institutu Maxe Plancka pro chování zvířat přeměnili bývalou stodolu na nejmodernější laboratoř pro komplexní analýzu chování. V něm nyní mohou studovat spletité chování skupin zvířat. Stodola také sloužila jako prototyp největší laboratoře chování roje na univerzitě v Kostnici: Zobrazovací hangár.
Velkým omezením v behaviorálním výzkumu je to, že vědci mohou studovat zvířata ve vysoce kontrolovaném, i když často nerealisticky zjednodušeném a malém prostředí v laboratoři nebo ve značně nekontrolovaných podmínkách ve volné přírodě. To omezilo naši schopnost studovat mnoho aspektů chování, včetně kolektivního chování – pohybů a interakcí mezi zvířaty, které jsou základem jejich složitého sociálního života. Co je potřeba k vyřešení tohoto? Za prvé, místo se spoustou prostoru. Za druhé, špičková technologie.
Oba jsou k dispozici ve stodole z 18. století v Institutu Maxe Plancka pro chování zvířat v Möggingenu nedaleko Kostnice a nyní v Imaging Hangaru, hale o velikosti tělocvičny na univerzitě v Kostnici. Obě laboratoře se používají k podrobnému zkoumání skupinového chování zvířat. Aby toho dosáhli vícerozměrně, výzkumníci z Centra excelence pro pokročilé studium kolektivního chování na Univerzitě v Kostnici a Institutu Maxe Plancka pro chování zvířat vyvinuli nástroj nazvaný SMART-BARN.
SMART-BARN je zkratka pro Škálovatelná multimodální aréna pro sledování chování zvířat ve velkém počtu v reálném čase. „Je to nový nástroj, který umožňuje studovat komplexní charakteristiky chování jednotlivce nebo interakce mezi skupinami zvířat, jako je hmyz, ptáci nebo savci,“ říká Hemal Naik. Spolu s Máté Nagy, spolupředseda Clusteru Iain Couzin a kolegové vyvinuli SMART-BARN. Tým byl velmi interdisciplinární: biologové, fyzici, inženýři a počítačoví vědci jej vyvinuli společně.
Máté Nagy vysvětluje tento nástroj dále: “Používáme vysoce výkonné měřicí techniky, jako je optické a akustické sledování, pomocí kterých můžeme studovat přesnou 3D polohu a držení těla zvířat a vypočítat jejich zorné pole.” Uživatelé nových zařízení budou mít flexibilitu při provádění různých experimentálních paradigmat s využitím modulární povahy systému.
Proč je měřítko důležité
„SMART-BARN je navržen tak, aby zvětšil typické experimenty chování uvnitř budov, pokud jde o experimentální objem a měřené charakteristiky chování a velikosti skupin,“ říká počítačový vědec Hemal Naik a dodává: „To znamená, že uživatelé mohou měřit repertoár dříve neviděného chování, protože zvířata mají více prostoru.“ Zařízení může – v závislosti na velikosti zvířat – hostit stovky zvířat současně a rozšířit možnost experimentů na nové druhy, které se běžně nestudují v uzavřených prostorách. Ve skutečnosti jsme to nyní upravili tak, aby fungovalo s mnoha tisíce zvířat,“ dodává Couzin, „Nedávno jsme provedli studii v Imaging Hangar, kde jsme sledovali 10 000 sarančat. To by bylo nemožné bez naší technologie SMART-BARN. “
Jak lze použít SMART-BARN
Doposud byl SMART-BARN používán v různých experimentálních případech použití zahrnujících tak různorodé subjekty, jako jsou holubi, špačci, můry, netopýři a lidé. Naik je potěšen, protože: „Instalace utváří nové a důležité mezioborové spolupráce“. Pokračuje: “Například SMART-BARN nabízí možnost sledovat 3D pohled a polohu ptáků ve skupině deseti nebo více osob při zachování jejich identity. Tuto techniku používají výzkumníci k prozkoumání role pohledu při rozhodování- Tvorba.” Stejnou techniku používají počítačoví vědci k navrhování nových algoritmů založených na počítačovém vidění a AI, které umožňují 3D sledování zvířat, aniž by k nim připojovali jakékoli značky. „Naše metoda vedla k ještě většímu systému v Imaging Hangar na univerzitě v Kostnici pro sledování rojů robotů nebo tisíců hmyzu,“ říká Iain Couzin.
Máté Nagy říká: “Zkrátka rozsah jeho aplikací je omezen pouze naší schopností přicházet s experimentálními nápady.” Tým si zařízení představuje jako prostor pro spolupráci, kde mohou výzkumníci z celého světa přispět ke zkoumání problémů s chováním. Proto tým zve výzkumníky z celého světa, aby se s nimi spojili a plánovali experimenty.