動物活動行為跟蹤分析軟件
Nodus EthoVision XT動物運動軌跡跟蹤系統
Noldus EthoVision XT動物運動軌跡跟蹤系統是以視頻方式自動記錄動物的自主活動、活動路徑和自發精細行為，可邊實時跟蹤邊分析，也可以導入已生成跟蹤視頻文件進行分析。適用于水迷宮實驗、高架迷宮實驗、放射迷宮實驗、強迫游泳實驗、社會交互實驗等迷宮測試應用，是迄今為止在知名期刊的數千篇出版物中引用最多的視頻跟蹤系統。
設備名稱： EthoVision XT動物運動軌跡跟蹤系統
制 造 商：諾達思信息技術公司 產 地：荷蘭
品 牌：諾達思/Nodus
型 號：EthoVision XT
商品報價：見［訂購信息］
Noldus EthoVision XT動物運動軌跡跟蹤系統是以視頻方式自動記錄動物的自主活動(activity)、活動路徑形狀（path shape）、運動（movement）、運動角速度（angular velocity），自動識別檢測動物的梳理（grooming）體毛、跳躍（jumping）、進食飲水及僵直(freezing)等精細行為識別提供相關參數，并通過圖表、圖形、軌跡熱像圖等多種方法將結果可視化呈現。可檢測追蹤包括魚類、昆蟲和牲畜等在內的各種實驗物種在觀察區內的活動軌跡和動作行為。確保在不同環境條件下、不同實驗場地、照明條件或跟蹤多色動物的跟蹤精度。既可以通過自由選擇可測量參數進行實時跟蹤測試，也可以導入已生成的跟蹤視頻文件進行分析獲取實驗數據。
EthoVision XT適用于水迷宮實驗(Morris water maze, MWM)、高架迷宮實驗(Elevated Plus Maze或Elevated Zero Maze)、曠場實驗(Open Field Test, OFT)、放射迷宮實驗(Radial-Arm Maze)、強迫游泳實驗(Forced swim test, FST)、懸尾實驗(Tail-suspension test, TST)、社會交互實驗(Social Interaction Test, SI)等標準行為測試、鼠類家居行為活動觀測、高通量斑馬魚行為軌跡實驗等與動物學習與認知、焦慮抑郁、動物生物節律研究等神經科學動物行為實驗研究。是全球研究人員的首選，是迄今為止在知名期刊的數千篇出版物中引用最多的視頻跟蹤系統。
性能特點
1）工作設置界面簡便
設置快速簡便，只需單擊一個按鈕即可訪問的高級跟蹤算法以及透明度和對研究過程的控制而著稱。自動檢測設置和直觀的界面，具有批量視頻數據獲取及分析能力。
內置熱區圖和田間熱圖比例尺(Heatmap scale)功能，群組性參數統計及制圖功能，便于缺少經驗的用戶可以快速上手，節省時間并增強用戶體驗。
用戶在動物行為軌道圖中自定義軌跡線的寬度，狀態參數的最小和最大持續時間分析設定，實驗對照和數據選擇中的復制粘貼，操作設置與分析更靈活。
實驗和硬件控制嵌套的時間窗口現可以超過24小時，方便了連續實時進行系列實驗。
2）先進的深度學習跟蹤算法
EthoVision XT采用卓越的檢測方法和深度學習技術。無需復雜編碼，只需單擊一個按鈕即可訪問這些最先進的跟蹤算法。
使用 GPU進行視頻錄制和播放，強大的深度學習身體位點檢測功能，改進的被攝體輪廓濾鏡(contour filter)和鼻子-尾部交換校正 ，便于在檢測設置中使用自動設置來檢測被攝體的鼻子-尾巴，極大降低CPU負載，提高運行效率和穩定性，可在數分鐘內而非數小時獲得到分析結果。
可支持同時在4 個觀察區進行跟蹤,同時跟蹤多達4個視頻源。
研究人員能夠在帶有系留設置，甚至在動物視線模糊的情況下有效跟蹤動物。
3）高透明度過程控制
與其他作為“黑匣子”運行的行為軟件工具不同，EthoVision XT支持使用JavaScript 代碼創建因變量，跟蹤后的手動評分時的動物身體位點可視化，研究人員可以根據他們認為合適的方式調整數據點，增強了實驗過程全面控制力，確保研究過程的透明度和可靠性。
4）高通量和高內涵分析
EthoVision XT可以同時跟蹤多達100個競技場和最多16只動物。它提供了大量可用于分析的參數，包括實驗持續時間、區域內時間、區域間距離、移動距離、速度等參數，從而提供對動物行為的全面見解。
5）硬件支持能力擴展
EthoVision XT 17.5版支持即插即用USB連接到Ugo Basile的條件恐懼室(fear conditioning chamber)，且同時連接多達4個條件恐懼室連接。
提供了用于Basler USB 3.0和 GigE 相機（Basler pylon 7.1.0 版）工業相機的最新驅動程序軟件，支持 USB 和 IP攝像頭以及GigE和USB3攝像頭。
支持斑馬魚交叉迷宮(zebrafish cross-maze)應用的實驗新模板。
6）、從Live Mouse 跟蹤器導入和分析數據
小鼠活動跟蹤器(Live Mouse Tracker, LMT)軟件模塊，可與巴斯德研究所的DIY硬件設置結合使用，可同時長期跟蹤多達4個小鼠的社交互動。
動物運動軌跡跟蹤系統EthoVision XT 17.5 現在支持直接從 LMT 導入數據并在EthoVision XT中進行分析，而不是在Python框架中對數據進行復雜處理。
對于每個實驗可獲得如下測試數據：
SQLite 格式數據庫文件，方便復制/備份/恢復/共享，就像處理傳統文件一樣簡單。
MP4視頻視頻中硬編碼當前幀和當前日期/時間。MP4文件被拆分為10分鐘片段存儲在LMT中，即使在實驗期間也可以播放 MP4，方便回放和找回特定事件。
背景視圖文件（不包括動物）用于存儲籠子的深度圖像，對于研究老鼠如何在籠子中移動物體、它們如何組織巢穴或如何移動/吃掉食物非常有用。
可檢測參數
1）Standard available parameters（標準可用參數）：
Velocity（速度）– 身體點單位時間內行進的距離。
Distance moved（移動的距離）– 身體點從前一個區位到當前區位所經過的距離。
In zone（區域內）– 具有兩種可能狀態（“in zone”）和“not in zone”）的離散變量，具體取決于體點是否位于特定區域（或一組區域）內。
Distance to zone（到區域的距離）– 身體點與特定區域（或一組區域）的邊界之間的最短距離。
Distance to point（到點的距離）–身體點與特定目標點之間的最短距離。
Zone transitions（區域轉換）– 動物在用戶定義的區域序列（2 個或更多）之間移動的次數。
Zone alternations（區域交替）– 動物連續訪問用戶定義的區域數的次數（通常用于Y迷宮實驗）。
Target visits and errors(目標訪問和錯誤) – 錯誤和成功的數量，如Barnes迷宮目標區域或徑向迷宮中的誘餌臂。
Heading to point（航向點）– 體點在一個樣本和前一個樣本之間的移動方向，相對于用戶定義的點。
Heading（航向）– 體點在一個樣本和前一個樣本之間的移動方向，相對于坐標系中平行于 x 軸的線。
Turn angle（相對和絕對轉彎角度） – 一個樣本與上一個樣本之間體點的移動方向變化。相對轉彎角度考慮了轉彎方向（順時針或逆時針），而絕對轉彎角度則不考慮。
Angular velocity（相對和絕對角速度）— 每單位時間物體點的移動方向變化（方向變化的速度）。相對角速度考慮了轉彎方向（順時針或逆時針），而絕對角速度則不考慮。
Meander（蜿蜒）– 是衡量軌跡曲折程度的指標。
Movement（移動）– 指示身體點的空間移動是否在用戶可定義的速度閾值內。
Mobility state(移動狀態) – 離散變量，有三種可能狀態，“高度移動”、“移動”和“不移動”，用戶可定義閾值。
Mobility continuous(連續移動性)
Rotation（旋轉）– 動物順時針和/或逆時針旋轉的次數，其中可以自由選擇旋轉的定義（例如旋轉 360°、180° 或 90°）。
Activity state（活動狀態）– 觀察區活動的持續時間。它根據用戶可定義的活動和持續時間閾值計算四個級別的活動（高、活動、中等活動和非活動）。
Activity continuous（活動連續）– 觀察區邊界內活動的百分比。
Manually scoring events（手動評分的事件）– 手動評分的行為。
Free Interval – 用于自定義分析間隔持續時間、累積持續時間等。
2）Multiple Body Points Module（身體多個位點模塊參數）：
Head direction（頭部方向）– 在某個樣品中，鼻尖指向的方向相對于坐標系中平行于 x 軸的線形成的最小角度。
Body elongation state(身體伸長狀態) – 一個離散變量，具有三種可能的狀態，“拉伸”、“正常”和“收縮”，用戶可定義閾值。
Body elongation（身體伸長率）– 此參數表示每個用戶定義的平均間隔內動物身體的伸長率。
Head directed to zone（頭部指向區域）– 動物的頭部指向特定區域或點周圍的圓形區域的持續時間。
Body angle state(身體角度狀態) – 動物在用戶定義的間隔和用戶定義的閾值上的體角，輸出為四種狀態：“筆直”、“彎曲”、“順時針彎曲”和“逆時針彎曲”。
Body angle（身體角度）– 每個采樣點的動物身體角度（相對或絕對）。
3）Social Interaction Module（社交行為模塊參數）：
Subject between subjects（測試測試對象之間的距離）– 一種動物的身體點與另一種動物的身體點之間的距離。
Body contact(身體接觸) – 兩只動物的身體之間的接觸。
Proximity(接近度) – 一個離散變量，具有兩種可能的狀態，即“接近”和“不在附近”，指示一種動物是否在另一種動物的附近，用戶可定義閾值。
Relative movement(相對運動) – 描述動物相對于另一只動物的運動的離散變量，具有四種可能的狀態;'moving to'、'moving from'、'no relative movement' 和 'no interaction'。最大交互距離可由用戶定義。
Net weighted movement（凈加權移動）– 兩個測試測試對象之間從一個樣本到下一個樣本之間距離的有符號距離加權變化。
Weighed movement from(加權移動自) – 當動物（演員）遠離另一只動物（接收者）時，測試測試對象之間距離的距離加權變化。
Weighed movement to(加權移動至) – 當動物（演員）向另一只動物（接收者）移動時，測試測試對象之間距離的距離加權變化。
4）Trial & Hardware Control Module（測試和硬件控制模塊參數）：
Trial Control State(實驗控制狀態) - 實驗期間發生的兩個實驗和硬件控制事件指定的時間間隔。
Trial Control Event(實驗控制事件) - 一個沒有持續時間的點事件，由實驗和硬件控制的元素（條件、動作、規則、子規則或參考）定義。
Hardware variables(硬件變量) – 硬件事件可以是從動物運動系統發送到外部設備的命令（例如“drop pellet”命令）和硬件設備發回 USB-IO 盒/動物運動軌跡跟蹤系統計算機的計算機的信號。可以分析這些信號并回答諸如“顆粒分配器掉落了多少顆粒”之類的問題。
4）Rat Behavior Recognition Module（大鼠行為識別模塊參數）：
Drinking
Eating
Grooming
Jumping
Rearing supported
Rearing unsupported
Resting
Sniffing
Walking
Twitching（抽搐）
Behavior probability（行為概率）
Merged behavior(合并行為)
詳細性能描述
1、Experiment options(實驗選項設置)
跟蹤可以用數碼相機實時視頻完成，也可以從現存的視頻文件中提取獲得。
可以將外部數據采集系統接入到EthoVision XT。
在一個或多個觀察區中追蹤，最多99個觀察區。
跟蹤每個觀察區中一個或多個測試對象，最多有16個測試對象。
可以使用身體中心點跟蹤，或重心、鼻子和尾根部。還可以根據顏色或顏色標記進行跟蹤。
活動分析(Activity analysis)為根據像素變化分析每個觀察區的總體活動，對于動物僵直(freezing)行為有用。
動物移動距離可以mm、cm、m或英寸為單位計量。
活動時間可以ms、s、min或Hr為單位計量。
動物身體的旋轉可以度(degrees)、弧度(radians)或轉數(rotations)為單位計量。
Manual scoring(手動評分設置)
手動事件記錄器(Manual Event Recorder)是一個內置編碼模塊，可編輯生成一個測試行為列表，可以在數據采集期間（實時評分）和視頻采集完成后（離線）手動評分。離線評分方便以較快播放速度進行評分,還可以編輯已評分的事件。可使用評分來觸發實驗和硬件操作控制。
Arena settings(觀察區設置)
觀察區是視頻圖像中跟蹤動物的區域。實驗中可以定義“區”包括：
arenas(觀察區)；
zones(不同地帶)；
cumulative zones(累積區域)：要用于累積分析的單個較小區帶；
hidden zones（動物隱藏區）：用于避難所和屬于隱藏區域的入口區域；
多個區域組(multiple zone-groups)：如果要在觀察區中定義重疊區域，則應在單獨的區域組中定義它們或使用累積區域；
感興趣點(points of interest)
可以在觀察區中定義無限數量的區域，并創建任何形狀的區域。。
Multiple arena definition(多觀察區設置)
當實驗包含多個觀察區時如使用多孔板，或一組open field迷宮或實驗籠），可以用多觀察區設置功能（multiple arena set-up functionality），無需單獨繪制每個觀察區。
在斑馬魚DanioVision實驗中，自動觀察區檢測功能（automated arena detection）會自動檢測標準化孔板中的每個孔。
Arena/zone auto-subdivision(觀察區/區域自動細分)
此選項允許在多個相等區域中自動細分出圓形和矩形觀察區，同時還對細分觀察區進行自動標記。
Multi camera set-up(多相機設置)
此模式下，可以整合多部相機跟蹤視頻輸入。這樣可以同時對多個觀察區同步跟蹤。
Trial control options（實驗控制選項）
EthoVision XT 基本版中這一選項，可以根據系統編程控制跟蹤的自動開始和停止。允許在某一測試條件形成時啟動另一個程序。如，系統在動物進入特定區域時，播放聲音刺激。
通過額外的硬件控制模塊，可以啟動和控制動物與外部傳感器和刺激設備之間的交互，完成復雜的學習任務，如帶有自動控制門的放射狀臂迷宮(radial arm maze)和使用顆粒分配器(pellet dispensers)的飼料投喂。
如果使用多個觀察區，則控制條件將自動應用于每個單獨觀察區。
Tracking methods（身體跟蹤方法設置）
跟蹤方法指定在檢測到測試動物后如何估計身體點數。
根據在 Experiment Settings 中指定的測試動物和身體點的數量，Advanced Detection Settings 的 Method部分中提供了一種或多種跟蹤身體點的方法。
2、Detection settings（檢測設置）
動物運動軌跡跟蹤系統EthoVision XT 提供四種不同的檢測方法：
Gray scaling （灰度縮放） – 將灰度值介于兩個閾值之間的所有連接像素定義為可能的測試對象。
Static subtraction(靜態減法) – 查看參考圖像（不含動物）和新數字化圖像（動物）中的像素之間的差異。
Dynamic subtraction（動態扣除法）– 查看參考圖像和新數字化圖像中的像素之間的絕對對比度，同時更新每個樣本的參考圖像。
Differencing （差異） – 在參考圖像和當前圖像中的像素之間進行統計比較。統計比較使用當前圖像和參考圖像之間的對比度方差，并確定每個像素的變化是否足以被視為測試測試對象的一部分。
Trial list（實驗任務列表）
實驗列表由計劃、執行或跳過的實驗組成，包括系統變量和用戶定義的自變量。
3、data acquisition（測試數據采集）
動物運動軌跡跟蹤系統EthoVision XT 提供五種采集方法。
1) Acquire data live(實時采集數據) – 實時跟蹤最長實驗期為 72 小時。不需要視頻存儲的磁盤空間，也不會創建視頻備份。
2) Acquire data live and record video(實時采集數據并錄制視頻) – 實時跟蹤并錄制和保存MPEG4 視頻文件。視頻錄制的最長實驗持續時間為 3 小時。
3) Longer trials(更長實驗期) – 要獲得比上述更長的實驗期，可以將多日測試拆分為多個實驗。
4) Record video and acquire data(錄制視頻并采集數據) – EthoVision XT 將視頻錄制成 MPEG4 文件，可以稍后用于數據采集。
5) Acquire data from existing video files(從現有視頻文件中獲取數據) – 跟蹤使用動物運動軌跡跟蹤系統EthoVision XT 以外的程序錄制的視頻中的數據。
6) Acquire data from a batch of existing video files at once(從一批現有批量視頻文件中獲取數據) – 跟蹤一系列預先錄制的視頻文件中的數據。
在選項 2 – 5 中，視頻文件可與跟蹤文件和分析結果相結合，用于采集后可視化。如果選擇選項 3、4 或 5，則可以以比實際采樣率更快的速率分析樣本(具體取決于處理器速度)。
Acquire data with DAQ system（用DAQ系統采集數據）
使用單獨的 DAQ 系統采集的外部數據可以與使用動物運動軌跡跟蹤系統采集的跟蹤數據同步。
當同時采集跟蹤數據和生理數據時，動物運動軌跡跟蹤系統EthoVision XT 會向外部數據采集系統發送同步信號。數據采集后，可以將生理數據導入動物運動軌跡跟蹤系統EthoVision XT ，兩個數據流同步。當實時跟蹤數據或使用動物運動軌跡跟蹤系統（選項 1 – 3）錄制視頻時，只能共同采集外部數據。動物運動軌跡跟蹤系統EthoVision XT 為許多數據采集系統提供導入配置文件，例如 DSI 的 Ponemah 文件和 Polar 的 Precision Performance。
可選功能模塊
EthoVision XT基礎版（EthoVision XT Base）提供對所有基本跟蹤方法的訪問，完成實驗從設置項目到詳細的數據分析的所有階段，可用于包括曠場實驗，水迷宮和高架十字迷宮等的廣泛實驗。具有對大鼠、小鼠或斑馬魚等對象的身體中心點跟蹤功能，適用于單只動物在觀察區內的一段時間內的運動、活動和行為研究需求。
軟件可以根據需求使用八個可用模塊中的一個或多個來擴展功能。
1）多身體位點模塊（Multiple Body Points Module, MBPM）
除跟蹤原有的大鼠和小鼠身體中心點(center point)跟蹤外，該模塊還可以跟蹤鼻尖(nose point)和尾根部(tail base)。
多體位點跟蹤可幫助分析動物鼻子與某個物體的接近程度，動物頭部指向的信息，用于任何類型的觀察區和迷宮，可以在低對比度的情況下，可靠地檢測和跟蹤動物。如頭部方向意味著動物對某個物體感興趣，在新物體探察實驗中具有重要參考價值。在高架迷宮的開放臂的進入和探查，可以幫助提高實驗分析準確度。還可測量它們身體的伸長(elongation)和活動度(mobility)，獲取更多動物行為數據。Multiple body points module （多個身體點模塊） – 允許跟蹤大鼠和小鼠的鼻子點和尾部基點，以及它們的身體中心。跟蹤鼻尖可能對例如在物體識別測試中測量探索性行為感興趣。使用此模塊，還可以根據自己設定的閾值來測量動物身體的移動性和伸長率。這些參數可用于自動測量探索性和運動行為。
2）多觀察區模塊 (Multiple Arenas Module, MAM)
利用該模塊可以同時追蹤多達100 個觀察區、每個觀察區中一只動物的行為和運動軌跡。可以在系統中設置每個觀察區實驗開始和終止的條件，用一個攝像頭，系統可以通過同時在4個，8個，16個曠場中分析動物行，或在 96 孔板中追蹤斑馬魚苗，極大提高測試通量
3）社交交互模塊(Social Interaction Module, SIM)
社會交互模塊通常用于焦慮，攻擊性，精神分裂癥和其它精神疾病的研究中，這一模塊可以讓在每個觀察區內同時跟蹤多個動物。該模塊可以在一個觀察區內跟蹤多只動物（可同時追蹤多達 16 只動物），記錄動物間的社交行為（social behavior）。它采用強大的深度學習算法，跟蹤彩色標記的方式來實現這一功能。在鼠類中彩色標記可以作為身份標識，和多體位點模塊聯合跟蹤鼻尖和尾根，獲取多個社會交互參數，如可以根據實驗對象的身體輪廓來測量接觸，分析動物近距離（proximity）和身體接觸（body contact）的時間，動物離開另一只動物所花費的時間，鼻尖間的接觸次數、動物彼此間移動、在一定距離范圍內兩個動物停留時間等，這對某些研究非常有價值。
4）行為識別模塊(Behavior Recognition Module, BRM)
傳統觀察實驗中，觀察人員需要人工辨識老鼠的行為，這一過程耗費時間，難以重復觀察，并且是主觀的。
行為自動識別模塊可以客觀、準確地識別鼠類的梳理毛（grooming）、飼養（rearing）、挖掘（digging）和嗅探（sniffing）等10多種主要行為，并且可以重復觀察，提高實驗的準確性。
5）三維跟蹤模塊（Track 3D 3DM）
允許研究人員記錄動物在測試室中的運動，在三維圖像中可視化生成的軌跡，并計算許多運動參數。如需要從三維對動物（例如魚或昆蟲）進行跟蹤，則可以使用三維運動軌跡跟蹤系統將來自上方和側方攝像機角度的跟蹤數據組合成為三維運動軌跡，進行可視化和分析。
6）外部數據模塊(External Data Module, EDM)
生理數據（例如心率，血壓和神經元活動）以及其它外部數據（例如發聲和環境溫度或濕度）都可以為的行為數據添加有價值的信息。EthoVision XT動物運動軌跡跟蹤系統外部數據模塊
集成使用DSI遙測技術或其他生理數據和動物運動軌跡跟蹤系統數據同步化(synchronize)，這一其它外部數據功能在如恐懼實驗等測試中非常有用。
該系統還可以控制燈、顆粒分配器、門等設備，或創建自己的操作性條件反射實驗,還可以控制光遺傳學刺激(optogenetic stimulation) 操作集成到的研究中。
7）實驗和硬件控制模塊(Trial & Hardware Control Module, THCM)
實驗和硬件控制模塊可以通過動物運動軌跡跟蹤系統控制外部設備，在創建實驗操作方案中，包括啟動和控制實驗動物和外部感應器及刺激裝置之間互動。例如，制定實驗方案中，當小鼠進入放射迷宮的正確臂時，系統會自動落下食物。動物在水中停留特定時間或移動特定距離后，自動升降水迷宮的平臺等，便于制定更復雜的實驗方案。自動化硬件控制模塊實現實驗研究工作的全自動化，將實驗過程簡單化，并且提高實驗結果的可靠性和有效性。
8）良好實驗室操作模塊 (Quality Assurance Module, GLPM)
該模塊與大型制藥公司的實驗室研究人員共同開發。該模塊可為不同用戶授予不同的使用權限。保證只有被授權的人才能啟動程序。在整個實驗過程中所做的備注和更改的操作將被全部記錄下來。可以幫助遵循實驗良好實驗室規范 (GLP)進行研究，保護的數據，并創建項目過程中所有活動的日志文件，符合21 CFR Part 11部分的電子記錄法規和電子簽名規定。
訂購信息
Noldus EthoVision XT動物運動軌跡跟蹤系統基本工作配置由EthoVision XT Base software、camera (e.g. GigE, USB3, IP)和計算機工作站組成。可選組件有測試專用照明光源（backlight unit）、各種測試迷宮、斑馬魚實驗觀察裝置（DanioVision Observation Chamber）、第三方數據采集單元和成像工作臺等。
當進行實時跟蹤一個觀察區內的多只動物時對計算機處處理性能有一定要求。系統運行的電腦工作站配置要求：
Windows 10 or 11 Pro (64-bit)；
Dell Precision 3650或更高配置（CPU Intel Xeon Core i7, Quad core 3.5 GHz，16 GB RAM，NVIDIA GPU (minimum NVIDIA T1000 4GB)；
500 GB固態硬盤 (for data collection)+1 TB 機械硬盤(用于存儲實驗視頻文件)；
進行系統深度學習所需配置的圖像顯示卡 (neural network tracker)可采用GPU：NVIDIA Quadro P2200/5 GB GDDR5X（version 512.15）、NVIDIA RTX A2000/6 GB GDDR6(version 528.02)、NVIDIA T1000/4 GB GDDR6(version 517.37)。
品名 | 品牌 | 貨號 | 規格 | 描述 | 報價 |
EthoVision XT 基礎版 | Nodus | EVXT-BASE | Set | Animal Behavior Tracking software Including： EthoVision XT 17.5 Base Modules | 詢價 |
EthoVision XT多區分析版 | Nodus | EVXT-MAM | Set | Animal Behavior Tracking software Including： EthoVision XT 17.5 Base Modules Multiple Arena Modules | 詢價 |
