检测小鼠社会等级和社交行为的装置及方法与流程

本技术涉及动物行为学，具体涉及一种检测小鼠社会等级和社交行为的装置及方法。

背景技术：

1、社会等级制度是一种多维特征，不仅对人类的情感和认知有深远的影响还有其他社会物种，对群体中动物的社会组织、生存、繁殖成功和健康具有重要影响。在神经科学的研究中有很多测量小鼠社会等级的方法，如管道测试、竞争食物奖励、直接观察和在半自然状态下对小鼠种群进行自动长期跟踪通过表型分析判断等级。

2、管道测试中，两只小鼠被放置在一个透明的管道中，管道的两端均为开口，当两只小鼠相遇时，它们会互相推挤，试图将对方推出管道。通过观察哪只小鼠能够成功推出对方，可以确定它们之间的社会等级。但使用该方法的等级测试在衡量一笼多只小鼠(大于等于4只)时实验结果并不稳定，容易受到小鼠自身状态的影响，且前期需要大量时间的训练以及测试。

3、竞争食物奖励测试中，小鼠被放置在一个有限的食物资源环境中，它们需要竞争获取食物。较高社会地位的小鼠通常能够获得更多的食物，而较低社会地位的小鼠则可能被排挤或获得较少的食物。通过观察小鼠在争夺食物时的行为，例如推挤、争抢等，可以推断出它们在社会等级中的位置。但该方法在评估同一群体多只老鼠社会等级时效果不好。

4、直接观察法通过观察小鼠在笼中的打斗状况和胡须是否完整来判断等级高低。但费时费力，即使看到打斗也无法分清具体是哪两只小鼠。出现被剃胡须的小鼠发生的概率非常低。

5、在半自然状态下对小鼠种群进行自动长期跟踪通过表型分析判断等级，是在自然状态下利用射频识别(rfid)技术结合视频分析将跟踪软件与最近开发的基于视觉的跟踪算法集成在一起，可根据小鼠之间的追逐/被追逐和回避/接近行为来判断同一群体下的社会等级。但该方法只能追踪动物的位置，无法详细的分析小鼠的动作特征，用于评判社会等级的指标太少，结果不显著。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种检测小鼠社会等级和社交行为的装置，以解决现有技术中，如何对多只同样貌同体积同毛发颜色的小鼠身份识别，如何对定位的小鼠的社交行为进行定义和判断出和社会等级相关的行为，以及如何综合多维的数据使实验结果更加可靠的问题。

2、相应的，本技术实施例还提供了一种检测小鼠社会等级和社交行为的方法，用于保证上述方法的实现及应用。

3、为了解决上述技术问题，本技术实施例公开了一种检测小鼠社会等级和社交行为的装置，所述装置包括放置有多只小鼠的实验箱、设于实验箱底部的射频识别位置跟踪系统、信号输入输出控制模块和行为分析系统；小鼠身上固定有射频识别芯片；射频识别位置跟踪系统用于接收射频识别芯片发送的小鼠身份信息；信号输入输出控制模块包括红外摄像系统，红外摄像系统用于拍摄小鼠视频；行为分析系统与射频识别位置跟踪系统、红外摄像系统通信连接，用于使用预设的计算机视觉和机器学习算法对小鼠身份信息和小鼠视频进行分析，获得每只小鼠的社会等级和社交行为。

4、优选地，根据权利要求1的检测小鼠社会等级和社交行为的装置，其特征在于，行为分析系统包括：

5、软件记录存储模块，用于接收并存储小鼠身份信息和小鼠视频；

6、时间匹配服务器软件，用于将小鼠身份信息与小鼠视频同步；

7、视频处理模块，用于对小鼠视频抽提出的特征帧中小鼠的特征进行标注，生成特征数据；

8、行为分析模块，用于根据特征数据识别小鼠的社交行为和社会等级。

9、优选地，时间匹配服务器软件包括：

10、视频抽帧单元，用于将小鼠视频进行抽帧处理，获得多个图像帧；

11、位置同步单元，用于获取每一图像帧在同一时间点的小鼠身份信息，并将小鼠身份信息与图像帧中的小鼠进行同步。

12、优选地，行为分析模块包括：

13、行为识别单元，用于根据小鼠身份信息以及对应的特征数据，识别小鼠的社交行为；

14、等级排序单元，用于确定小鼠的进食进水顺序，并根据小鼠的进食进水顺序以及社交行为确定小鼠的社会等级。

15、优选地，实验箱包括竞技场、小鼠躲避区、食物投送装置和水投送装置；

16、射频识别位置跟踪系统包括：

17、竞技场跟踪模块，包括由多个第一射频天线组成的射频识别阵列；射频识别阵列覆盖于竞技场底部；

18、小鼠躲避区跟踪模块，包括至少一个第二射频天线，第二射频天线设于小鼠躲避区的入口处；

19、食物投送装置跟踪模块，包括至少一个第三射频天线，第二射频天线设于食物投送装置内；

20、水投送装置跟踪模块，包括至少一个第四射频天线，第四射频天线设于水投送装置内；

21、射频识别位置跟踪系统还包括接收器，第一射频天线、第二射频天线、第三射频天线以及第四射频天线均连接到对应的接收器上。

22、优选地，实验箱还包括备用实验区；

23、射频识别位置跟踪系统还包括备用实验区跟踪模块，实验区跟踪模块包括至少一个第五射频天线，第五射频天线设于备用实验区内。

24、本技术实施例还公开了一种检测小鼠社会等级和社交行为的方法，所述方法包括：

25、通过射频识别位置跟踪系统接收固定在小鼠身上的射频识别芯片发送的小鼠身份信息，并将小鼠身份信息发送至行为分析系统；

26、利用红外摄像系统拍摄小鼠视频，并将小鼠视频发送至行为分析系统；

27、基于行为分析系统，使用预设的计算机视觉和机器学习算法对小鼠身份信息和小鼠视频进行分析，获得每只小鼠的社会等级和社交行为。

28、优选地，基于行为分析系统，使用预设的计算机视觉和机器学习算法对小鼠身份信息和小鼠视频进行分析，获得每只小鼠的社会等级和社交行为，包括：

29、接收并存储小鼠身份信息和小鼠视频；

30、将小鼠身份信息与小鼠视频同步；

31、对小鼠视频每一帧中小鼠的特征进行标注，生成特征数据；

32、根据特征数据识别小鼠的社交行为和社会等级。

33、优选地，将小鼠身份信息与小鼠视频同步，包括：

34、将小鼠视频进行抽帧处理，获得多个图像帧；

35、获取每一图像帧在同一时间点的小鼠身份信息，并将小鼠身份信息与图像帧中的小鼠进行同步。

36、优选地，根据特征数据识别小鼠的社交行为和社会等级，包括：

37、根据小鼠身份信息以及对应的特征数据，识别小鼠的社交行为；

38、确定小鼠的进食进水顺序，并根据小鼠的进食进水顺序以及社交行为确定小鼠的社会等级。

39、本技术实施例中，使用自动行为追踪技术，在实验箱中放置多只小鼠，并提供半自然环境。在群体的水平下，基于固定在小鼠身上的射频识别芯片和置于实验箱底部的射频识别位置跟踪系统，对群体内每只小鼠在半自然环境中的活动或运动进行实时识别与追踪。通过红外摄像系统拍摄小鼠视频，利用计算机视觉和机器学习算法，自动识别和分析每只小鼠的运动表型和互动行为(如社交、竞争和服从行为)。而且在半自然环境中长期的跟踪分析，观察小鼠群体的社交行为变化。这种长期观察可以提供更全面的数据，帮助研究人员更好地对小鼠在群体内的社交行为进行量化，探究小鼠的社交记忆，理解小鼠社会等级建立的过程自动分析出小鼠在群体内的社会等级。

40、本技术实施例附加的方面和优点将在下面的描述部分中给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。