Автоматизация измерения параметров поведения животных в этологических тестах по последовательности изображений

• Автор: Куликов, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Оглавление
Введение

Актуальность работы.

Введение в предметную область.

Глава 1 Задачи, методы и средства автоматизации отологических экспериментов

Алгоритмы компьютерного зрения.

Программные пакеты работы с изображениями

Методы и модели оценки поведения животных в тестах ОП. ПГI и ГПСЛ.

Основные итоги и выводы

Глава 2 Аппаратные средства улучшения качества.

Общие сведения об установках для автоматизации теста открытое поле.

Универсальное аппаратное решение для автоматизации теста открытое поле.
Установка для теста принудительное плавание
Приподнятый крестообразный лабиринт
Параметры цифровой техники.
Основные итоги и выводы
Глава 3 Архитектура разрабатываемого программного обеспечения
Основные итоги и выводы
Глава 4 Основные алгоритмы обработки изображений.
4.1 Алгоритмы нахождения границ арены
4.2 Алгоритм нахождения порога бинаризации.
4.3 Алгоритм маркировки изображения
4.4 Алгоритм трассировки объектов на последовательности изображений
4.5 Алгоритм оценки активности в тесте ПП
4.6 Алгоритм построения карты плотности вероятности
Основные итоги и выводы.
Глава 5 Модели и методы оценки поведения животных.
Математические обозначения
Измерение пространственного предпочтения
Измерение активности животного в тест принудительного плавания
Результаты экспериментов
Оценка пройденного животным пути
Основные итоги и выводы.
Заключение
Список литературы


Большинство используемых в настоящее время оценок поведения не имеют ни биологического, ни статистического обоснования и, следовательно, являются произвольными, допускающими неоднозначную интерпретацию. Таким образом, является актуальной задача разработки и теоретического обоснования конструктивных показателей, описывающих поведение животных в стандартных отологических экспериментах, а также разработка аппаратно-программного комплекса, реализующего оценку и анализ предложенных показателей. Работа проводилась в лаборатории цифровых методов обработки изображений Института автоматики и электрометрии СО РАН в сотрудничестве с лабораторией нейрогеномики поведения Института цитологии и генетики СО РАН и была поддержана грантами: междисциплинарный проект СО РАИ № «Комплексное исследование генетических, молекулярных и физиологических механизмов депрессии и разработка новых методов ее фармакологической коррекции. Роль наследственных изменений в цитокиновой и серотоииновой системах мозга» (- г. СО РАН № 6 «Закономерности поведения байкальского омуля и гидроакустическая оценка динамики его популяций как ключевого промыслового вида» (- г. Цель этологического эксперимента: получение знаний о функциональности определенных механизмов головного мозга животного через реакцию на воздействие. Любой отологический эксперимент состоит из трех этапов (рис. Ыа этапе проектирования эксперимента для новой или существующей модели поведения, отвечающей за определенный механизм мозга животного, создаются экспериментальные условия, такие, чтобы выделить изучаемый механизм и исключить влияние других механизмов. Данный э тап выполняется биологами и в данной работе не будет рассмотрен, кроме краткого обзора автоматизируемых экспериментов. Следующий этап заключается в получении измерений определенных характеристик, отвечающих за исследуемую форму поведения. На заключительном этапе, полученные измерения интерпретируются как биологические показатели, такие как тревожность, пространственное предпочтение и т. Рис. Тест открытого поля (ОП) [1] является самым распространенным тестом для изучения двигательной активности и тревожности животного и является обязательным при скрининге любого фармакологического препарата е потенциальной психотропной активностью. Тестирование животного проводят на ярко освещенной арене белого цвета. Животное помещают на эту арену и в течение определенного времени измеряют его двигательную активность, заходы в центр и выраженность амбивалентного поведения. Горизонтальную двигательную активность оценивают как путь, пройденный животным за время эксперимента. Вертикальную активность, которая отражает исследовательское поведение, оценивают по числу вертикальных стоек. Мыши и крысы испытывают врожденный страх перед открытым ярко освещенным пространством, поэтому они стараются находиться вдоль бортов арены и избегают ее центра. Часто животное, помещенное в незнакомую обстановку, проявляет амбивалентное поведение, которое выражается в чистке шерсти и оценивается как количество актов умывания за время тестирования [2]. Приподнятый крестообразный лабиринт (ПКЛ) используется для изучения механизмов патологической тревожности и поиска анксиолитических (понижающих тревожность) и седативных препаратов. Этот тест основан на конфликте между стремлением исследовать новую территорию и страхом высоты. Животное помещается на крестообразную арену приподнятую, на см над полом, в которой два рукава открыты и два - закрыты стенками. Животные предпочитает оставаться в безопасных закрытых рукавах. Апксиолитики снижают страх, что отражается в увеличении времени проведенного животным в открытых рукавах [3,4]. Эксперимент длится пять минут, в течение которых, поведение помещенного в сосуд с водой животного делится на два класса: активные попытки выбраться из сосуда и относительная неподвижность. Все клинически эффективные антидепрессанты уменьшают время неподвижности. Задача системы автоматизации данного эксперимента заключается в объективном определении состояния неподвижности и оценке его продолжительности.