[发明专利]基于深度学习适用于啮齿动物社交实验的分析系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于深度学习适用于啮齿动物社交实验的分析系统和方法，包括实验模块、数据采集模块和视频分析模块，实验模块用于啮齿动物的社交实验；数据采集模块用于采集社交实验数据，并将采集到的社交实验数据发送至服务器和视频分析模块；视频分析模块用于社交实验数据的视频分析；本发明无需特殊的实验硬件设备与人为对动物进行特殊化学试剂标记处理，通过多目标分析与多身体关键点识别技术实现全自动化无间断追踪多只动物，捕捉大小鼠社交实验超精细行为指标；本发明适用于传统的三箱社交实验方法，还适用于更自然的社交环境与更多实验动物只数，实现长期动态的实验研究，并捕获更加广泛、精细的指标，形成超精细化社交行为指标体系。

技术领域

本发明属于生物实验技术领域，涉及啮齿动物社交实验技术，具体是基于深度学习适用于啮齿动物社交实验的分析系统和方法。

背景技术

社交行为涉及生活的许多方面，例如交流、社会游戏(社会学习)、甚至影响人们生活的质量。社交行为缺陷，如社交隔离和社交退缩也可能是许多神经精神疾病的第一个体征。在临床前研究中，大小鼠是一种社会物种，参与高度的社交互动。模式动物中社交行为的关键行为序列准确检测与定量研究不仅对于研究社交行为和相关精神障碍的学术机构的研究人员，而且对于制药公司开发治疗影响社会交往障碍的神经系统疾病(如自闭症和精神分裂症)相关药物都具有重要的意义。因此，亟需研发啮齿动物多目标超精细行为捕获手段。

虽然目前啮齿动物行为评分的自动化系统是可用的，但是它们一般局限于单只动物分析，其能力局限于简单的跟踪或使用专用仪器测量特定行为(例如高架十字迷宫、明暗箱等)。相比之下，啮齿动物社交行为通常采取人工观察和手动评分的方式。事实上，人工评分存在许多局限性，如缺乏可复制性和缺乏标准化。而且，视觉上跟随微妙和复合的社会行为，特别是当涉及到多种动物时，是极具挑战性和耗费时间的。因此，仍无法负担更多的长期和/或大规模解释性研究。因此，除非引入技术创新来促进分析，否则我们将遗传学和啮齿动物复杂的社会行为联系起来的能力在实验方案的范围内仍然是有限的，这反过来将限制精神医学的转化进展，为此，我们提出基于深度学习适用于啮齿动物社交实验的分析系统和方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于深度学习适用于啮齿动物社交实验的分析系统和方法，基于计算机视觉与深度学习技术，实现啮齿动物社交实验多目标追踪(多达10只动物)与多身体关键点识别(鼻尖、双眼、双耳、头部、躯干中心、尾根、四肢12个身体关键点)，实现了多只小鼠全自动追踪，精确捕获多只小鼠间超精细行为指标，构建社交行为动作序列图，丰富社交实验行为评价体系，助力精神疾病研究。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于深度学习适用于啮齿动物社交实验的分析系统，包括实验模块、数据采集模块、视频分析模块、发送模块、显示模块、生成打印模块、数据库、计时模块以及服务器；

所述实验模块用于啮齿动物的社交实验，实验装置具体为三箱装置或旷场反应箱，所述三箱装置包括左侧箱室、中间箱室和右侧箱室，所述中间箱室内部放置有实验小鼠，所述左侧箱室内部放置有底部直径为4cm的空铁丝杯，且空铁丝杯中放置有实验小鼠的新颖小鼠，所述右侧箱室内部放置有底部直径为4cm的空铁丝杯，且空铁丝杯中放置有实验小鼠的新颖物体；

所述数据采集模块用于采集社交实验数据，并将采集到的社交实验数据发送至服务器和视频分析模块，数据采集模块具体为拍摄相机；所述视频分析模块用于社交实验数据的视频分析，具体视频分析过程如下：

S1：以实验小鼠为例，获取拍摄相机的分辨率X*Y，得知每帧照片大小，获取照片的数量i，i＝1、……、n，以拍摄相机的分辨率建立二维坐标系，其中X数值为Y轴、Y数值为X轴，并以像素点为单位；

S2：以实验小鼠的鼻尖、左眼、右眼、左耳、右耳、头部中心、躯干中心、尾根、左前肢、右前肢、左后肢和右后肢建立12个身体关键点，身体关键点对应标记为j，j＝1、……、12；