昆蟲行為和生理研究新方法-VISIR動物行為觀測分析系統(tǒng)及案例應(yīng)用
對于研究動物行為的學(xué)者，尤其是昆蟲學(xué)家，怎樣觀察動物的行為是個令人頭大的難題，主要在于定位個體和整個生命周期的持續(xù)觀察。當(dāng)研究者需要對行為做定量分析時難度又增加了一層。為此，北京易科泰結(jié)合了可見光成像（VIS）和紅外熱成像技術(shù)（IR），推出了VISIR動物行為觀測分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)具備視頻跟蹤、行為分析、溫度測量成像等多重功能，能夠有效克服上述動物行為學(xué)研究中碰到的現(xiàn)實問題，動態(tài)測量和記錄昆蟲的行為、體溫，幫助揭示環(huán)境脅迫下昆蟲的行為響應(yīng)和生理響應(yīng)。
VIS成像：對單一背景中的昆蟲，使用高空間分辨率、高幀頻的數(shù)碼攝像頭錄制數(shù)碼視頻，并通過專業(yè)的動物行為觀測分析軟件在計算機(jī)上基于反差法或者背景減除法，對視頻中的目標(biāo)動物進(jìn)行行為分析。
IR成像：使用高空間分辨率的、高溫度靈敏度的紅外熱成像相機(jī)錄制視頻，對昆蟲的各個部位進(jìn)行測溫成像，分析其行為過程中的體溫調(diào)節(jié)機(jī)制和生理響應(yīng)。
我們可以通過以下幾個案例了解VISIR技術(shù)在昆蟲或甲殼動物的行為、生理研究的應(yīng)用：
研究案例1 生態(tài)毒理學(xué)研究（VIS）
苯甲酰愛康寧（BE）是公認(rèn)的人體中可卡因代謝物，可通過尿液等進(jìn)入生活污水，排放后進(jìn)入地表水，對水生動物和水生態(tài)系統(tǒng)造成威脅。Parolini等人從生物分子、個體、種群等水平研究了BE對大型溞的影響，發(fā)現(xiàn)與水生生態(tài)系統(tǒng)相同劑量的BE會引起大型溞的氧化應(yīng)激，抑制乙酰膽堿酯酶的活性，影響個體的游泳行為和繁殖。其中個體水平的游泳行為便是使用了VIS的方法，借助動物行為觀測分析軟件自動計算了活動時間和游泳速率。
研究案例2 殺蟲劑效果評估（VIS）
C. Dye等人使用風(fēng)洞系統(tǒng)和VIS技術(shù)研究了暴露于揮發(fā)態(tài)和液體噴劑中的炔丙菊酯的飛行行為差異，發(fā)現(xiàn)液體噴劑能夠顯著增加蚊子的飛行次數(shù)、轉(zhuǎn)向率、平均移動速率和飛行速率，殺蚊效率高。而揮發(fā)態(tài)的炔丙菊酯對蚊子飛行行為的影響與對照組并無差異。
研究案例3 昆蟲冷適應(yīng)機(jī)制研究（VISIR）
在昆蟲的冷適應(yīng)行為及生理學(xué)研究中，紅外熱成像更能克服掃描量熱法、熱電偶等傳統(tǒng)手段必須保證實驗昆蟲靜止不動的弊端，動態(tài)測量和記錄昆蟲的行為、體溫。
如Christopher等人使用紅外熱成像技術(shù)研究了高山采集的蝎蛉的冷適應(yīng)過程、行為響應(yīng)和生理響應(yīng)，證明紅外熱成像技術(shù)能夠提供的大量生理學(xué)信息，如過冷卻點、致死低溫等，且該手段獲取的信息因為不會限制昆蟲的運(yùn)動、更接近自然環(huán)境，因而更加具有生物學(xué)意義。
研究案例 4 比較生理學(xué)研究（VISIR）
Helmut Kovac等人結(jié)合了紅外熱成像技術(shù)、可見光成像技術(shù)以及SSI的昆蟲呼吸代謝測量系統(tǒng)對兩種歐洲黃蜂的體溫和新陳代謝進(jìn)行了研究，證明了在不同溫度環(huán)境條件下，兩種黃蜂對溫度的耐受性不同，其體溫調(diào)節(jié)方式?jīng)Q定了對不同地域的適應(yīng)性。
如下圖中使用了VISIR技術(shù)觀察了不同溫度條件下黃蜂的行為，發(fā)現(xiàn)高溫環(huán)境下黃蜂常常會將頭部伸到溫度較低的蜂巢中進(jìn)行降溫。
VISIR動物行為觀測分析系統(tǒng)
北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司為您提供陸生昆蟲行為和生理研究專用的VISIR系統(tǒng)——VIS動物行為分析系統(tǒng)+IR紅外熱成像系統(tǒng)。
VIS動物行為分析系統(tǒng)由專用數(shù)碼相機(jī)、專業(yè)的動物行為分析軟件、紅外光源板、動物活動室/池等組成。記錄昆蟲隨時間變化的行為軌跡（X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)），并自動計算數(shù)十項行為參數(shù)，如移動距離、速度和速率、加速度、移動方向、取向、移動方向和取向變化速率、活動/非活動時間和比例、個體間距離（IID）、區(qū)域訪問次數(shù)和停留時間等。該系統(tǒng)還具備以下特點：
IR紅外熱成像系統(tǒng)由專用紅外熱成像相機(jī)、智能軟件等組成。
紅外熱成像相機(jī)，具備高溫度靈敏度（0.03℃），高于0.03℃的溫度差異即可分辨出來，對于變溫的昆蟲尤為重要；具備高空間分辨率（640×512），成像清晰，效果好。USB3.0連接到電腦，便攜不需組裝，簡單識別即可使用。
智能軟件集合了熱成像采集和分析軟件的功能。除了能夠自動識別和配置地址，快速穩(wěn)定地連接相機(jī)外，還包含多種調(diào)色板和測量工具，可實現(xiàn)點、線、面的動態(tài)測量和直觀呈現(xiàn)。
VIS成像：對單一背景中的昆蟲，使用高空間分辨率、高幀頻的數(shù)碼攝像頭錄制數(shù)碼視頻，并通過專業(yè)的動物行為觀測分析軟件在計算機(jī)上基于反差法或者背景減除法，對視頻中的目標(biāo)動物進(jìn)行行為分析。
成像 追蹤 分析
IR成像：使用高空間分辨率的、高溫度靈敏度的紅外熱成像相機(jī)錄制視頻，對昆蟲的各個部位進(jìn)行測溫成像，分析其行為過程中的體溫調(diào)節(jié)機(jī)制和生理響應(yīng)。
我們可以通過以下幾個案例了解VISIR技術(shù)在昆蟲或甲殼動物的行為、生理研究的應(yīng)用：
研究案例1 生態(tài)毒理學(xué)研究（VIS）
苯甲酰愛康寧（BE）是公認(rèn)的人體中可卡因代謝物，可通過尿液等進(jìn)入生活污水，排放后進(jìn)入地表水，對水生動物和水生態(tài)系統(tǒng)造成威脅。Parolini等人從生物分子、個體、種群等水平研究了BE對大型溞的影響，發(fā)現(xiàn)與水生生態(tài)系統(tǒng)相同劑量的BE會引起大型溞的氧化應(yīng)激，抑制乙酰膽堿酯酶的活性，影響個體的游泳行為和繁殖。其中個體水平的游泳行為便是使用了VIS的方法，借助動物行為觀測分析軟件自動計算了活動時間和游泳速率。
研究案例2 殺蟲劑效果評估（VIS）
C. Dye等人使用風(fēng)洞系統(tǒng)和VIS技術(shù)研究了暴露于揮發(fā)態(tài)和液體噴劑中的炔丙菊酯的飛行行為差異，發(fā)現(xiàn)液體噴劑能夠顯著增加蚊子的飛行次數(shù)、轉(zhuǎn)向率、平均移動速率和飛行速率，殺蚊效率高。而揮發(fā)態(tài)的炔丙菊酯對蚊子飛行行為的影響與對照組并無差異。
研究案例3 昆蟲冷適應(yīng)機(jī)制研究（VISIR）
在昆蟲的冷適應(yīng)行為及生理學(xué)研究中，紅外熱成像更能克服掃描量熱法、熱電偶等傳統(tǒng)手段必須保證實驗昆蟲靜止不動的弊端，動態(tài)測量和記錄昆蟲的行為、體溫。
如Christopher等人使用紅外熱成像技術(shù)研究了高山采集的蝎蛉的冷適應(yīng)過程、行為響應(yīng)和生理響應(yīng)，證明紅外熱成像技術(shù)能夠提供的大量生理學(xué)信息，如過冷卻點、致死低溫等，且該手段獲取的信息因為不會限制昆蟲的運(yùn)動、更接近自然環(huán)境，因而更加具有生物學(xué)意義。
研究案例 4 比較生理學(xué)研究（VISIR）
Helmut Kovac等人結(jié)合了紅外熱成像技術(shù)、可見光成像技術(shù)以及SSI的昆蟲呼吸代謝測量系統(tǒng)對兩種歐洲黃蜂的體溫和新陳代謝進(jìn)行了研究，證明了在不同溫度環(huán)境條件下，兩種黃蜂對溫度的耐受性不同，其體溫調(diào)節(jié)方式?jīng)Q定了對不同地域的適應(yīng)性。
如下圖中使用了VISIR技術(shù)觀察了不同溫度條件下黃蜂的行為，發(fā)現(xiàn)高溫環(huán)境下黃蜂常常會將頭部伸到溫度較低的蜂巢中進(jìn)行降溫。
VISIR動物行為觀測分析系統(tǒng)
北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司為您提供陸生昆蟲行為和生理研究專用的VISIR系統(tǒng)——VIS動物行為分析系統(tǒng)+IR紅外熱成像系統(tǒng)。
VIS動物行為分析系統(tǒng)由專用數(shù)碼相機(jī)、專業(yè)的動物行為分析軟件、紅外光源板、動物活動室/池等組成。記錄昆蟲隨時間變化的行為軌跡（X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)），并自動計算數(shù)十項行為參數(shù)，如移動距離、速度和速率、加速度、移動方向、取向、移動方向和取向變化速率、活動/非活動時間和比例、個體間距離（IID）、區(qū)域訪問次數(shù)和停留時間等。該系統(tǒng)還具備以下特點：
- 專用的數(shù)碼相機(jī)：高空間分辨率、高幀頻，滿足mm大小的、快速移動的甲殼動物、昆蟲的監(jiān)測需求。相機(jī)特殊的濾波片設(shè)計，能夠配合紅外光源板，在黑暗條件下也能記錄動物行為，滿足晝夜節(jié)律相關(guān)的處理要求。
- 3D行為分析：可提供3D行為分析的配置，實現(xiàn)3D跟蹤、分析和模型輸出。
- 高通量監(jiān)測：可跟蹤24、48或96孔板的生物體
- 功能強(qiáng)大的分析軟件：具備多種基于反差法和背景減除法的過濾功能；可跟蹤多個身體點（質(zhì)心、頭、中線中心、尾）；可將輸出結(jié)果疊加在原文件上顯示，具備豐富的圖表功能（包括熱圖、個體間距離和個體間最近鄰近距離）；用戶自定義跟蹤時長，無需整個文件全部跟蹤。
IR紅外熱成像系統(tǒng)由專用紅外熱成像相機(jī)、智能軟件等組成。
紅外熱成像相機(jī)，具備高溫度靈敏度（0.03℃），高于0.03℃的溫度差異即可分辨出來，對于變溫的昆蟲尤為重要；具備高空間分辨率（640×512），成像清晰，效果好。USB3.0連接到電腦，便攜不需組裝，簡單識別即可使用。
智能軟件集合了熱成像采集和分析軟件的功能。除了能夠自動識別和配置地址，快速穩(wěn)定地連接相機(jī)外，還包含多種調(diào)色板和測量工具，可實現(xiàn)點、線、面的動態(tài)測量和直觀呈現(xiàn)。
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