昆蟲行為和生理研究新方法-VISIR動物行為觀測分析系統及案例應用
對于研究動物行為的學者，尤其是昆蟲學家，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觀察。當研究者需要對行為做定量分析時難度又增加了一層。為此，北京易科泰結合了可見光成像（VIS）和紅外熱成像技術（IR），推出了VISIR動物行為觀測分析系統。該系統具備視頻跟蹤、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研究中碰到的現實問題，動態測量和記錄昆蟲的行為、體溫，幫助揭示環境脅迫下昆蟲的行為響應和生理響應。
VIS成像：對單一背景中的昆蟲，使用高空間分辨率、高幀頻的數碼攝像頭錄制數碼視頻，并通過專業的動物行為觀測分析軟件在計算機上基于反差法或者背景減除法，對視頻中的目標動物進行行為分析。
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錄制視頻，對昆蟲的各個部位進行測溫成像，分析其行為過程中的體溫調節機制和生理響應。
我們可以通過以下幾個案例了解VISIR技術在昆蟲或甲殼動物的行為、生理研究的應用：
研究案例1 生態毒理學研究（VIS）
苯甲酰愛康寧（BE）是公認的人體中可卡因代謝物，可通過尿液等進入生活污水，排放后進入地表水，對水生動物和水生態系統造成威脅。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，發現與水生生態系統相同劑量的BE會引起大型溞的氧化應激，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等人使用風洞系統和VIS技術研究了暴露于揮發態和液體噴劑中的炔丙菊酯的飛行行為差異，發現液體噴劑能夠顯著增加蚊子的飛行次數、轉向率、平均移動速率和飛行速率，殺蚊效率高。而揮發態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 昆蟲冷適應機制研究（VISIR）
在昆蟲的冷適應行為及生理學研究中，紅外熱成像更能克服掃描量熱法、熱電偶等傳統手段必須保證實驗昆蟲靜止不動的弊端，動態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研究了高山采集的蝎蛉的冷適應過程、行為響應和生理響應，證明紅外熱成像技術能夠提供的大量生理學信息，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動、更接近自然環境，因而更加具有生物學意義。
研究案例 4 比較生理學研究（VISIR）
Helmut Kovac等人結合了紅外熱成像技術、可見光成像技術以及SSI的昆蟲呼吸代謝測量系統對兩種歐洲黃蜂的體溫和新陳代謝進行了研究，證明了在不同溫度環境條件下，兩種黃蜂對溫度的耐受性不同，其體溫調節方式決定了對不同地域的適應性。
如下圖中使用了VISIR技術觀察了不同溫度條件下黃蜂的行為，發現高溫環境下黃蜂常常會將頭部伸到溫度較低的蜂巢中進行降溫。
VISIR動物行為觀測分析系統
北京易科泰生態技術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——VIS動物行為分析系統+IR紅外熱成像系統。
VIS動物行為分析系統由專用數碼相機、專業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坐標和Y坐標），并自動計算數十項行為參數，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）、區域訪問次數和停留時間等。該系統還具備以下特點：
IR紅外熱成像系統由專用紅外熱成像相機、智能軟件等組成。
紅外熱成像相機，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，快速穩定地連接相機外，還包含多種調色板和測量工具，可實現點、線、面的動態測量和直觀呈現。
VIS成像：對單一背景中的昆蟲，使用高空間分辨率、高幀頻的數碼攝像頭錄制數碼視頻，并通過專業的動物行為觀測分析軟件在計算機上基于反差法或者背景減除法，對視頻中的目標動物進行行為分析。
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錄制視頻，對昆蟲的各個部位進行測溫成像，分析其行為過程中的體溫調節機制和生理響應。
我們可以通過以下幾個案例了解VISIR技術在昆蟲或甲殼動物的行為、生理研究的應用：
研究案例1 生態毒理學研究（VIS）
苯甲酰愛康寧（BE）是公認的人體中可卡因代謝物，可通過尿液等進入生活污水，排放后進入地表水，對水生動物和水生態系統造成威脅。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，發現與水生生態系統相同劑量的BE會引起大型溞的氧化應激，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等人使用風洞系統和VIS技術研究了暴露于揮發態和液體噴劑中的炔丙菊酯的飛行行為差異，發現液體噴劑能夠顯著增加蚊子的飛行次數、轉向率、平均移動速率和飛行速率，殺蚊效率高。而揮發態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 昆蟲冷適應機制研究（VISIR）
在昆蟲的冷適應行為及生理學研究中，紅外熱成像更能克服掃描量熱法、熱電偶等傳統手段必須保證實驗昆蟲靜止不動的弊端，動態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研究了高山采集的蝎蛉的冷適應過程、行為響應和生理響應，證明紅外熱成像技術能夠提供的大量生理學信息，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動、更接近自然環境，因而更加具有生物學意義。
研究案例 4 比較生理學研究（VISIR）
Helmut Kovac等人結合了紅外熱成像技術、可見光成像技術以及SSI的昆蟲呼吸代謝測量系統對兩種歐洲黃蜂的體溫和新陳代謝進行了研究，證明了在不同溫度環境條件下，兩種黃蜂對溫度的耐受性不同，其體溫調節方式決定了對不同地域的適應性。
如下圖中使用了VISIR技術觀察了不同溫度條件下黃蜂的行為，發現高溫環境下黃蜂常常會將頭部伸到溫度較低的蜂巢中進行降溫。
VISIR動物行為觀測分析系統
北京易科泰生態技術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——VIS動物行為分析系統+IR紅外熱成像系統。
VIS動物行為分析系統由專用數碼相機、專業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坐標和Y坐標），并自動計算數十項行為參數，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）、區域訪問次數和停留時間等。該系統還具備以下特點：
- 專用的數碼相機：高空間分辨率、高幀頻，滿足mm大小的、快速移動的甲殼動物、昆蟲的監測需求。相機特殊的濾波片設計，能夠配合紅外光源板，在黑暗條件下也能記錄動物行為，滿足晝夜節律相關的處理要求。
- 3D行為分析：可提供3D行為分析的配置，實現3D跟蹤、分析和模型輸出。
- 高通量監測：可跟蹤24、48或96孔板的生物體
- 功能強大的分析軟件：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（質心、頭、中線中心、尾）；可將輸出結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紅外熱成像系統由專用紅外熱成像相機、智能軟件等組成。
紅外熱成像相機，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，快速穩定地連接相機外，還包含多種調色板和測量工具，可實現點、線、面的動態測量和直觀呈現。
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