在生命科學(xué)研究領(lǐng)域，動物行為研究始終是重要且充滿挑戰(zhàn)的課題。5月29日，記者從西北大學(xué)獲悉：西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院郭松濤團隊重磅推出一項創(chuàng)新性成果——可實現(xiàn)動物行為智能識別與自動量化的開源AI框架，為該領(lǐng)域研究帶來革命性突破。
動物行為作為自然界中常見卻極為復(fù)雜的現(xiàn)象，長期以來科研人員主要依靠肉眼觀察進行記錄與研究。近幾十年，隨著技術(shù)發(fā)展，視頻記錄成為研究動物行為的重要手段。然而，即便借助專業(yè)軟件輔助，分析短短幾天的動物行為視頻，仍需耗費研究人員上百小時反復(fù)審查，這種傳統(tǒng)研究模式的低效率，嚴(yán)重阻礙了人們對動物行為規(guī)律的深入認(rèn)知。
郭松濤老師及團隊成員野外觀察圖片
早在2018年，郭松濤就聯(lián)合西北大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院以及西安電子科技大學(xué)，開啟了跨學(xué)科的動物行為人工智能技術(shù)研發(fā)之旅。2020年，團隊?wèi){借長期積累的金絲猴特征數(shù)據(jù)，創(chuàng)新提出具有關(guān)注機制的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，成功打造出全球首個金絲猴個體識別系統(tǒng)（Tri - AI）,實現(xiàn)了對野生個體的精準(zhǔn)身份識別與連續(xù)跟蹤采樣，更為動物學(xué)研究達成“無觀察者干擾效應(yīng)”創(chuàng)造了條件。
隨著研究不斷推進，初代“猴臉識別”技術(shù)已無法滿足日益增長的研究需求。為攻克行為智能分析中的共性難題，郭松濤團隊以行為學(xué)原理為核心，融合人工智能技術(shù)，歷時四年精心研發(fā)出“猴臉識別2.0”——自動識別與測量AI框架。郭松濤形象地將這個AI框架比作“翻譯官”，它能夠通過算法，幫助科研人員在實驗室內(nèi)解讀動物行為背后的深層含義。
行為AI識別框架及處理流程示意圖
團隊基于行為學(xué)分析原理，從行為結(jié)構(gòu)入手，運用人工智能技術(shù)設(shè)計該AI框架，并融合“猴臉識別”技術(shù)，實現(xiàn)了兩大關(guān)鍵突破：一是精準(zhǔn)自動識別與測量野生動物個體行為，同時可追蹤個體身份；二是自動化監(jiān)測動物行為節(jié)律與時間分配。
在實際應(yīng)用中，研究團隊利用多種監(jiān)控設(shè)備采集野外動物影像資料，借助算法對畫面進行系統(tǒng)化量化、自動分析與跟蹤，極大提升了動物行為識別的效率與準(zhǔn)確性。為構(gòu)建該框架，團隊經(jīng)過大量試驗，最終通過在動物身體布設(shè)17個關(guān)鍵點，依據(jù)這些點的結(jié)構(gòu)運動對動物行為進行全流程分析，這種方式避免了人為觀察的主觀干擾，使研究結(jié)果更加客觀可靠。
郭松濤強調(diào)，“猴臉識別”技術(shù)在群體研究中發(fā)揮著基礎(chǔ)性作用，只有準(zhǔn)確區(qū)分每個個體，才能對其行為進行系統(tǒng)且連貫的分析。這項技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，不僅可用于圈養(yǎng)動物日?；顒右?guī)律監(jiān)測與異常行為預(yù)警、野生動物行為數(shù)據(jù)分析與習(xí)性研究、實驗動物健康與福利監(jiān)測，甚至在人類行為特征與健康狀態(tài)監(jiān)測分析方面也具有潛在價值。該框架能夠精準(zhǔn)捕捉動物的“生活節(jié)奏”，為每一個動物個體建立行為檔案，既為科研工作積累寶貴數(shù)據(jù)，也為大眾了解動物世界打開了新窗口。
在演示環(huán)節(jié)中，團隊成員、碩士生王詹使用手機小程序，對電腦屏幕上的猴子照片進行識別，僅用時不到5秒鐘，系統(tǒng)就得出結(jié)果：“它叫‘洋蔥’，可信度85%?！彪S后，“洋蔥”身體被標(biāo)記多個點位，通過分析點位運動規(guī)律，其全生命周期的行為意圖得以深度解析。盡管對于團隊博士生劉佳來說，框架數(shù)據(jù)采集過程充滿挑戰(zhàn)，但每當(dāng)觀察到動物家族間類似人類的互動，或是成功預(yù)判動物的行為時，都讓她深刻體會到這項研究的重要價值與意義。
據(jù)悉，該系列研究成果得到了郭松濤主持的5項國家自然科學(xué)基金項目和科技部重點研發(fā)課題的大力支持。郭松濤表示，他期待更多同行能夠應(yīng)用這一開源AI框架，吸引更多人參與技術(shù)研發(fā)，共同推動技術(shù)迭代升級，提升研究精度，促進學(xué)術(shù)交流與合作，為生命科學(xué)研究領(lǐng)域注入新活力。
西安報業(yè)全媒體記者 王佳玥
受訪單位供圖
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