昆(kun)蟲行為(wei)和生(sheng)理(li)研(yan)究(jiu)新(xin)方(fang)法(fa)——VISIR動物行為(wei)觀測分(fen)析(xi)系(xi)統案例

對(dui)於(yu)研(yan)究(jiu)動物行為(wei)的(de)學者(zhe)，尤其(qi)是(shi)昆(kun)蟲學家，怎樣觀察動物的(de)行為(wei)是個(ge)令人頭大(da)的(de)難題，主要(yao)在於(yu)定位個(ge)體(ti)和整(zheng)個(ge)生(sheng)命周期的(de)持續(xu)觀察。當研(yan)究(jiu)者(zhe)需要(yao)對(dui)行(xing)為(wei)做(zuo)定量(liang)分(fen)析(xi)時難度又(you)增(zeng)加(jia)了(le)壹層。為(wei)此(ci)，北(bei)京(jing)易(yi)科(ke)泰(tai)結(jie)合了(le)可(ke)見光(guang)成像（VIS）和紅外(wai)熱(re)成像技術（IR），推(tui)出(chu)了(le)VISIR動物行為(wei)觀測分(fen)析(xi)系(xi)統。該(gai)系(xi)統具備視頻跟(gen)蹤、行(xing)為(wei)分(fen)析(xi)、溫度(du)測量(liang)成(cheng)像等(deng)多重(zhong)功(gong)能(neng)，能(neng)夠有(you)效(xiao)克(ke)服(fu)上述動物行為(wei)學研(yan)究(jiu)中(zhong)碰(peng)到的(de)現(xian)實問(wen)題，動態(tai)測量(liang)和記(ji)錄(lu)昆(kun)蟲的(de)行為(wei)、體(ti)溫，幫(bang)助(zhu)揭示(shi)環境脅迫(po)下昆(kun)蟲的(de)行為(wei)響應(ying)和生(sheng)理(li)響應(ying)。

VIS成(cheng)像：對(dui)單壹背(bei)景中(zhong)的(de)昆(kun)蟲，使用高空(kong)間(jian)分(fen)辨率(lv)、高(gao)幀頻的(de)數(shu)碼攝(she)像頭(tou)錄(lu)制(zhi)數(shu)碼視(shi)頻(pin)，並通(tong)過(guo)專(zhuan)業(ye)的(de)動物行為(wei)觀測分(fen)析(xi)軟(ruan)件(jian)在(zai)計算機(ji)上基於(yu)反差法(fa)或(huo)者(zhe)背(bei)景減(jian)除法(fa)，對視頻(pin)中(zhong)的(de)目標(biao)動物進(jin)行(xing)行(xing)為(wei)分(fen)析(xi)。

成像                       追(zhui)蹤                      分(fen)析(xi)

IR成像：使(shi)用高空(kong)間(jian)分(fen)辨率(lv)的(de)、高溫(wen)度(du)靈敏度(du)的(de)紅外(wai)熱(re)成像相(xiang)機(ji)錄(lu)制(zhi)視(shi)頻(pin)，對昆(kun)蟲的(de)各(ge)個(ge)部(bu)位(wei)進(jin)行(xing)測溫(wen)成(cheng)像，分(fen)析(xi)其(qi)行(xing)為(wei)過程中(zhong)的(de)體(ti)溫調(tiao)節(jie)機制(zhi)和生(sheng)理(li)響應(ying)。

我(wo)們(men)可(ke)以通過以下(xia)幾(ji)個(ge)案例了解VISIR技術在(zai)昆(kun)蟲或(huo)甲殼動物的(de)行為(wei)、生(sheng)理(li)研(yan)究(jiu)的(de)應(ying)用(yong)：

研(yan)究(jiu)案例1 生(sheng)態(tai)毒理(li)學(xue)研(yan)究(jiu)（VIS）

苯(ben)甲酰(xian)愛康寧（BE）是*的(de)人體(ti)中(zhong)可卡代(dai)謝物，可通過尿(niao)液(ye)等(deng)進(jin)入(ru)生(sheng)活(huo)汙(wu)水，排(pai)放後(hou)進(jin)入(ru)地(di)表水，對(dui)水生(sheng)動物和水生(sheng)態(tai)系(xi)統造成威脅(xie)。Parolini等(deng)人從生(sheng)物分(fen)子(zi)、個(ge)體(ti)、種(zhong)群(qun)等水平(ping)研(yan)究(jiu)了(le)BE對大(da)型溞(溞)的(de)影(ying)響，發現(xian)與水(shui)生(sheng)生(sheng)態(tai)系(xi)統相(xiang)同(tong)劑(ji)量(liang)的(de)BE會(hui)引(yin)起大(da)型溞(溞)的(de)氧化(hua)應(ying)激(ji)，抑(yi)制(zhi)乙(yi)酰(xian)膽堿酯酶(mei)的(de)活(huo)性，影(ying)響個(ge)體(ti)的(de)遊(you)泳行(xing)為(wei)和繁殖(zhi)。其(qi)中(zhong)個(ge)體(ti)水平(ping)的(de)遊(you)泳行(xing)為(wei)便是(shi)使(shi)用(yong)了VIS的(de)方(fang)法(fa)，借助(zhu)動物行為(wei)觀測分(fen)析(xi)軟(ruan)件(jian)自(zi)動計算了(le)活(huo)動時(shi)間(jian)和遊(you)泳速(su)率。

研(yan)究(jiu)案例2 殺(sha)蟲劑(ji)效(xiao)果評(ping)估（VIS）

C. Dye等人使用風洞(dong)系(xi)統和VIS技術研(yan)究(jiu)了(le)暴露於(yu)揮發態(tai)和液(ye)體(ti)噴劑(ji)中(zhong)的(de)炔(que)丙(bing)菊酯的(de)飛(fei)行行(xing)為(wei)差異，發現(xian)液(ye)體(ti)噴劑(ji)能(neng)夠顯(xian)著增(zeng)加(jia)蚊(wen)子的(de)飛(fei)行次(ci)數(shu)、轉向(xiang)率(lv)、平(ping)均(jun)移動速(su)率(lv)和飛(fei)行速(su)率，殺(sha)蚊(wen)效(xiao)率高。而揮發態(tai)的(de)炔(que)丙(bing)菊酯對蚊(wen)子飛(fei)行行(xing)為(wei)的(de)影(ying)響與對(dui)照(zhao)組並(bing)無(wu)差(cha)異。

研(yan)究(jiu)案例3 昆(kun)蟲冷適應(ying)機(ji)制(zhi)研(yan)究(jiu)（VISIR）

在(zai)昆(kun)蟲的(de)冷適應(ying)行(xing)為(wei)及生(sheng)理(li)學(xue)研(yan)究(jiu)中(zhong)，紅外(wai)熱(re)成像更(geng)能(neng)克(ke)服(fu)掃(sao)描(miao)量(liang)熱(re)法(fa)、熱(re)電偶等傳統手(shou)段必須(xu)保(bao)證(zheng)實(shi)驗昆(kun)蟲靜止不動的(de)弊(bi)端(duan)，動態(tai)測量(liang)和記(ji)錄(lu)昆(kun)蟲的(de)行為(wei)、體(ti)溫。

如(ru)Christopher等(deng)人使用紅外(wai)熱(re)成像技術研(yan)究(jiu)了(le)高山(shan)采集的(de)蠍蛉的(de)冷適應(ying)過(guo)程、行為(wei)響應(ying)和生(sheng)理(li)響應(ying)，證(zheng)明(ming)紅外(wai)熱(re)成像技術能(neng)夠提供(gong)的(de)大(da)量(liang)生(sheng)理(li)學(xue)信(xin)息(xi)，如(ru)過冷卻(que)點、致死低溫等(deng)，且(qie)該(gai)手(shou)段獲取(qu)的(de)信(xin)息(xi)因為(wei)不會(hui)限(xian)制昆(kun)蟲的(de)運動、更(geng)接(jie)近自然(ran)環(huan)境，因而更加(jia)具有(you)生(sheng)物學意(yi)義。

研(yan)究(jiu)案例 4 比較(jiao)生(sheng)理(li)學(xue)研(yan)究(jiu)（VISIR）

Helmut Kovac等(deng)人結(jie)合了(le)紅外(wai)熱(re)成像技術、可(ke)見光(guang)成像技術以(yi)及SSI的(de)昆(kun)蟲呼(hu)吸代(dai)謝測量(liang)系(xi)統對兩(liang)種(zhong)歐(ou)洲(zhou)黃蜂(feng)的(de)體(ti)溫和新(xin)陳代謝進(jin)行(xing)了(le)研(yan)究(jiu)，證(zheng)明(ming)了(le)在(zai)不(bu)同溫度環(huan)境條件(jian)下(xia)，兩(liang)種(zhong)黃(huang)蜂(feng)對(dui)溫(wen)度(du)的(de)耐受性(xing)不同，其(qi)體(ti)溫調(tiao)節(jie)方(fang)式(shi)決定了對(dui)不(bu)同地域的(de)適應(ying)性(xing)。

如(ru)下(xia)圖中(zhong)使用了(le)VISIR技術觀察了不(bu)同(tong)溫度條(tiao)件(jian)下(xia)黃蜂(feng)的(de)行為(wei)，發現(xian)高溫(wen)環(huan)境下黃(huang)蜂(feng)常(chang)常(chang)會(hui)將頭部(bu)伸到溫度較(jiao)低的(de)蜂(feng)巢(chao)中(zhong)進(jin)行(xing)降(jiang)溫。

VISIR動物行為(wei)觀測分(fen)析(xi)系(xi)統

北京(jing)易(yi)科(ke)泰(tai)生(sheng)態(tai)技術有(you)限(xian)公司(si)為(wei)您提供(gong)陸(lu)生(sheng)昆(kun)蟲行為(wei)和生(sheng)理(li)研(yan)究(jiu)的(de)VISIR系(xi)統——VIS動物行為(wei)分(fen)析(xi)系(xi)統+IR紅外(wai)熱(re)成像系(xi)統。

VIS動物行為(wei)分(fen)析(xi)系(xi)統由數(shu)碼相(xiang)機(ji)、專(zhuan)業(ye)的(de)動物行為(wei)分(fen)析(xi)軟(ruan)件(jian)、紅外(wai)光(guang)源(yuan)板(ban)、動物活(huo)動室(shi)/池(chi)等(deng)組成。記(ji)錄(lu)昆(kun)蟲隨時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)的(de)行為(wei)軌(gui)跡(ji)（X坐標(biao)和Y坐標(biao)），並自(zi)動計算數(shu)十項行為(wei)參數(shu)，如移(yi)動距(ju)離(li)、速(su)度和速率、加(jia)速(su)度(du)、移(yi)動方(fang)向(xiang)、取(qu)向(xiang)、移動方(fang)向(xiang)和取(qu)向(xiang)變(bian)化(hua)速(su)率(lv)、活(huo)動/非(fei)活(huo)動時(shi)間(jian)和比例、個(ge)體(ti)間(jian)距(ju)離(li)（IID）、區(qu)域訪問(wen)次數(shu)和停留時間(jian)等(deng)。該(gai)系(xi)統還具備以下特(te)點(dian)：

• 的(de)數(shu)碼相(xiang)機(ji)：高空(kong)間(jian)分(fen)辨率(lv)、高(gao)幀頻，滿足mm大(da)小的(de)、快速(su)移(yi)動的(de)甲殼動物、昆(kun)蟲的(de)監測需(xu)求(qiu)。相(xiang)機(ji)特(te)殊(shu)的(de)濾(lv)波(bo)片設計，能(neng)夠配(pei)合紅外(wai)光(guang)源(yuan)板(ban)，在(zai)黑(hei)暗條(tiao)件(jian)下(xia)也能(neng)記(ji)錄(lu)動物行為(wei)，滿足晝夜(ye)節律相(xiang)關的(de)處理(li)要(yao)求。
• 3D行為(wei)分(fen)析(xi)：可提供(gong)3D行(xing)為(wei)分(fen)析(xi)的(de)配(pei)置(zhi)，實(shi)現(xian)3D跟(gen)蹤、分(fen)析(xi)和模(mo)型輸出。
• 高通(tong)量(liang)監(jian)測：可(ke)跟(gen)蹤24、48或(huo)96孔板(ban)的(de)生(sheng)物體(ti)
• 功能(neng)強大(da)的(de)分(fen)析(xi)軟(ruan)件(jian)：具備多種(zhong)基於(yu)反差法(fa)和背(bei)景減(jian)除法(fa)的(de)過濾(lv)功(gong)能(neng)；可跟(gen)蹤多個(ge)身(shen)體(ti)點（質心(xin)、頭(tou)、中(zhong)線中(zhong)心、尾）；可(ke)將輸出結(jie)果疊(die)加(jia)在(zai)原(yuan)文(wen)件(jian)上顯(xian)示(shi)，具備豐富(fu)的(de)圖表功能(neng)（包括熱(re)圖、個(ge)體(ti)間(jian)距(ju)離(li)和個(ge)體(ti)間(jian)近(jin)鄰近(jin)距(ju)離(li)）；用(yong)戶自定義跟(gen)蹤時(shi)長(chang)，無(wu)需(xu)整(zheng)個(ge)文(wen)件(jian)全(quan)部(bu)跟(gen)蹤。

IR紅外(wai)熱(re)成像系(xi)統由紅外(wai)熱(re)成像相(xiang)機(ji)、智能(neng)軟(ruan)件(jian)等(deng)組成。

紅外(wai)熱(re)成像相(xiang)機(ji)，具備高溫度(du)靈敏度(du)（0.03℃），高(gao)於(yu)0.03℃的(de)溫度(du)差(cha)異即(ji)可(ke)分(fen)辨出(chu)來(lai)，對於(yu)變(bian)溫(wen)的(de)昆(kun)蟲尤為(wei)重(zhong)要(yao)；具備高空(kong)間(jian)分(fen)辨率(lv)（640×512），成(cheng)像清(qing)晰(xi)，效(xiao)果好。USB3.0連接(jie)到電腦，便攜不(bu)需(xu)組(zu)裝，簡單識別即(ji)可(ke)使(shi)用。

智能(neng)軟(ruan)件(jian)集(ji)合了(le)熱(re)成像采(cai)集和分(fen)析(xi)軟(ruan)件(jian)的(de)功能(neng)。除了(le)能(neng)夠自(zi)動識(shi)別和配(pei)置(zhi)地(di)址(zhi)，快速(su)穩定地連(lian)接(jie)相(xiang)機(ji)外(wai)，還(hai)包含(han)多種(zhong)調(tiao)色(se)板(ban)和測量(liang)工(gong)具，可(ke)實(shi)現(xian)點、線(xian)、面的(de)動態(tai)測量(liang)和直(zhi)觀呈(cheng)現(xian)。