[發明專利]基于深度學習適用于嚙齒動物社交實驗的分析系統和方法

在審

• 申請號: 202010724343.8
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111832531A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 李思迪;盛益華;曾星銚;張建職;趙康;羅華倫
• 申請（專利權）人: 安徽正華生物儀器設備有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;A01K29/00
• 代理公司: 合肥正則元起專利代理事務所(普通合伙) 34160
• 代理人: 韓立峰

本發明公開了一種基于深度學習適用于嚙齒動物社交實驗的分析系統和方法，包括實驗模塊、數據采集模塊和視頻分析模塊，實驗模塊用于嚙齒動物的社交實驗；數據采集模塊用于采集社交實驗數據，并將采集到的社交實驗數據發送至服務器和視頻分析模塊；視頻分析模塊用于社交實驗數據的視頻分析；本發明無需特殊的實驗硬件設備與人為對動物進行特殊化學試劑標記處理，通過多目標分析與多身體關鍵點識別技術實現全自動化無間斷追蹤多只動物，捕捉大小鼠社交實驗超精細行為指標；本發明適用于傳統的三箱社交實驗方法，還適用于更自然的社交環境與更多實驗動物只數，實現長期動態的實驗研究，并捕獲更加廣泛、精細的指標，形成超精細化社交行為指標體系。

技術領域

本發明屬于生物實驗技術領域，涉及嚙齒動物社交實驗技術，具體是基于深度學習適用于嚙齒動物社交實驗的分析系統和方法。

背景技術

社交行為涉及生活的許多方面，例如交流、社會游戲(社會學習)、甚至影響人們生活的質量。社交行為缺陷，如社交隔離和社交退縮也可能是許多神經精神疾病的第一個體征。在臨床前研究中，大小鼠是一種社會物種，參與高度的社交互動。模式動物中社交行為的關鍵行為序列準確檢測與定量研究不僅對于研究社交行為和相關精神障礙的學術機構的研究人員，而且對于制藥公司開發治療影響社會交往障礙的神經系統疾病(如自閉癥和精神分裂癥)相關藥物都具有重要的意義。因此，亟需研發嚙齒動物多目標超精細行為捕獲手段。

雖然目前嚙齒動物行為評分的自動化系統是可用的，但是它們一般局限于單只動物分析，其能力局限于簡單的跟蹤或使用專用儀器測量特定行為(例如高架十字迷宮、明暗箱等)。相比之下，嚙齒動物社交行為通常采取人工觀察和手動評分的方式。事實上，人工評分存在許多局限性，如缺乏可復制性和缺乏標準化。而且，視覺上跟隨微妙和復合的社會行為，特別是當涉及到多種動物時，是極具挑戰性和耗費時間的。因此，仍無法負擔更多的長期和/或大規模解釋性研究。因此，除非引入技術創新來促進分析，否則我們將遺傳學和嚙齒動物復雜的社會行為聯系起來的能力在實驗方案的范圍內仍然是有限的，這反過來將限制精神醫學的轉化進展，為此，我們提出基于深度學習適用于嚙齒動物社交實驗的分析系統和方法。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種基于深度學習適用于嚙齒動物社交實驗的分析系統和方法，基于計算機視覺與深度學習技術，實現嚙齒動物社交實驗多目標追蹤(多達10只動物)與多身體關鍵點識別(鼻尖、雙眼、雙耳、頭部、軀干中心、尾根、四肢12個身體關鍵點)，實現了多只小鼠全自動追蹤，精確捕獲多只小鼠間超精細行為指標，構建社交行為動作序列圖，豐富社交實驗行為評價體系，助力精神疾病研究。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

基于深度學習適用于嚙齒動物社交實驗的分析系統，包括實驗模塊、數據采集模塊、視頻分析模塊、發送模塊、顯示模塊、生成打印模塊、數據庫、計時模塊以及服務器；

所述實驗模塊用于嚙齒動物的社交實驗，實驗裝置具體為三箱裝置或曠場反應箱，所述三箱裝置包括左側箱室、中間箱室和右側箱室，所述中間箱室內部放置有實驗小鼠，所述左側箱室內部放置有底部直徑為4cm的空鐵絲杯，且空鐵絲杯中放置有實驗小鼠的新穎小鼠，所述右側箱室內部放置有底部直徑為4cm的空鐵絲杯，且空鐵絲杯中放置有實驗小鼠的新穎物體；

所述數據采集模塊用于采集社交實驗數據，并將采集到的社交實驗數據發送至服務器和視頻分析模塊，數據采集模塊具體為拍攝相機；所述視頻分析模塊用于社交實驗數據的視頻分析，具體視頻分析過程如下：

S1：以實驗小鼠為例，獲取拍攝相機的分辨率X*Y，得知每幀照片大小，獲取照片的數量i，i＝1、……、n，以拍攝相機的分辨率建立二維坐標系，其中X數值為Y軸、Y數值為X軸，并以像素點為單位；

S2：以實驗小鼠的鼻尖、左眼、右眼、左耳、右耳、頭部中心、軀干中心、尾根、左前肢、右前肢、左后肢和右后肢建立12個身體關鍵點，身體關鍵點對應標記為j，j＝1、……、12；